基于锥形孔模板的群孔模板电解加工系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于锥形孔模板的群孔模板电解加工系统。其加工系统由金属板（1），模板（2），工件（3），绝缘板（4）组成。加工前，在模板（2）上加工出一定大小的锥形孔（5），将模板（2）紧密覆盖于工件之上，绝缘板4置于工件（3）之下。金属板（1）连接电源负极，工件（3）连接电源正极，金属板（1）和模板（2）之间有一定的间隙，使电解液以一定的速度流过，在电解反应的作用下，工件（3）逐渐被腐蚀。本发明专利技术采用锥形孔模板，电解液能更加顺畅的进入加工区域，减少加工区涡流的产生，使电解过程的物质输运和热量输运更加有效。因此，可有效提高加工精度和加工效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于锥形孔模板的群孔模板电解加工系统，属于模板电解加工

技术介绍
在科学技术和制造技术高速发展的今天，由于各个领域的需要，很多具有特殊性能的材料不断被研究出来并加以利用。在航空领域、机械制造业、石油产业、船舶技术、高级汽车开发、医疗器械等行业中，用特殊材料制成的零件应用很广。其中，有相当数量的表面织构和群孔类零件。此类零件选用各种难加工材料，且加工精度要求比较高，传统机械加工存在很多问题。诸如，加工后零件表层存在残余应力，加工零件容易变形，加工成本过高等问题。电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解原理，来获得一定尺寸精度的零件。电解加工的优势在于，不受金属材料的力学性能限制，适用范围广；加工过程无机械接触，零件表面不会产生残余应力；加工过程中，工具阴极无损耗，加工成本比较低。模板电解加工技术将具有特定图案的掩模板覆盖在工件阳极上，利用电解加工原理在工件上加工出与模板类似的图案。该技术被广泛应用于，表面织构和群孔类零件的加工中。在模板电解加工过程中，模板主要作用是限定加工区域。传统的模板电解加工中，模板孔为垂直通孔，存在着诸多问题。例如，电解液流入加工区极易形成涡流，影响电解产物的输运；工件与模板相接处受到模板侧壁的影响，容易产生电场集中，影响加工精度；直角孔模板的孔径容易受到模板厚度的制约，影响模板电解加工的应用范围(参照:李冬林，朱荻，李寒松，中国机械工程2010，21 (17):2090-2094)o因此，专利技术一种有利于流场分布的新型模板孔，对科学研究和工程实践都有着重要意义。
技术实现思路
针对现有模板电解加工技术所存在的上述不足，本专利技术提供一种基于锥形孔模板的群孔模板电解加工系统，能够有效改善模板电解加工中的流场分布，提高加工质量。—种基于锥形孔模板的群孔模板电解加工系统，由金属板、模板、工件、绝缘板组成；其中在模板上加工有群孔，模板紧密覆盖于工件之上，绝缘板置于工件之下；金属板连接电源负极，工件连接电源正极，金属板和模板之间有一定的间隙；其特征在于:上述模板上的群孔为上大下小的锥形孔结构，其中锥角α的范围是100°~170°。锥形孔模板上的群孔为上大下小的锥形，电解液由模板上方流过，锥形孔更有利于电解液进入加工区，更有效的将电解产物和电解热带离加工区，保证加工区高质量的加工过程。通过试验仿真，锥形孔可有效减少模板孔内的涡流现象。由于锥形孔锥角为90°~100°时，效果不明显，同时大于170°时，将不利于实际工程中群孔的排布。所述的基于锥形孔模板的群孔模板电解加工系统，其特征在于:所述模板上的锥形孔的锥角α最优值为160°。根据试验仿真结果，当锥形孔的锥角大于160°时，模板孔内的涡流现象完全消失；同时，锥角继续增大，对孔内流场不再有进一步改善，因此选定160°为锥形孔锥角的最优值。【附图说明】图1是锥形孔模板的示意图； 图2是本专利技术一种使用锥形孔模板进行模板电解加工方法的加工过程图； 图3-1是小深径比孔的90°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图3-2是小深径比孔的100°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图3-3是小深径比孔的110°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图3-4是小深径比孔的120°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图3-5是小深径比孔的130°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图3-6是小深径比孔的140°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图3-7是小深径比孔的150°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图3-8是小深径比孔的160°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图3-9是小深径比孔的170°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图4-1是大深径比孔的90°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图4-2是大深径比孔的120°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图4-3是大深径比孔的150°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图4-4是大深径比孔的160°锥角时模板孔内流场的分布情况； 图5-1是90°孔在5m/s流速时孔内流场的分布情况； 图5-2是90°孔在lOm/s流速时孔内流场的分布情况； 图5-3是90°孔在15m/s流速时孔内流场的分布情况； 图6-1是120°孔在5m/s流速时孔内流场的分布情况； 图6-2是120°孔在lOm/s流速时孔内流场的分布情况； 图6-3是120°孔在15m/s流速时孔内流场的分布情况； 图7-1是150°孔在5m/s流速时孔内流场的分布情况； 图7-2是150°孔在lOm/s流速时孔内流场的分布情况； 图7-3是150°孔在15m/s流速时孔内流场的分布情况； 图8-1是160°孔在5m/s流速时孔内流场的分布情况； 图8-2是160°孔在lOm/s流速时孔内流场的分布情况； 图8-3是160°孔在15m/s流速时孔内流场的分布情况； 其中标号名称:1、金属板，2、模板，3、工件，4、绝缘板，5、锥形孔，6、电源。【具体实施方式】1.在绝缘材料上制备锥形孔5，获得锥形孔模板2 ; 2.将锥形孔模板2紧密覆盖于工件3之上； 3.将阳极工件3和锥形孔模板2放入夹具，阳极工件3放置于夹具的绝缘板4上，夹具的阴极金属板1置于锥形孔模板2的上方，并与锥形孔模板2保持一定的空隙； 4.阴极金属板1与电源6的负极相连；同时将阳极工件3与电源6的正极相连； 5.在阴极金属板1和锥形孔模板2之间，通入电解液，打开电源，即可开始电解加工。具体实施例分析 现结合仿真结果分析一下孔的锥角对模板孔内流场分布的影响。由于模板孔的深径比(孔的深度与直径的比值)和电解液入口流速，都可能影响流场分布，因此在不同深径比和入口流速下，分析了孔的锥角对模板孔内流场分布的影响。图3-1至图3-9为小深径比的孔，由图3-1至图3_9可以看到，模板孔角度为90°的直角孔时，在模板孔内会形成明显的大范围涡流，影响电解产物的输运；当模板孔角度逐渐增大，模板孔内的涡流范围明显减小，加工区流场更加顺畅；当模板孔角度达到160°时，模板孔内的涡流消失，模板孔内达到最优的流场状态。模板孔锥角继续增大，孔内流场并没有进一步的改善，因此可以认为160°为锥形孔的锥角最优值。图4-1至图4-4为大深径比的孔，对比图3-1至图3_9，和图4_1至图4_4可以发现，深径比不影响锥角对流场的作用。虽然，不同深径比的孔内的涡流区域不同，但随着锥角的增大都再减小。最重要的是，当锥角达到160°时，不同深径比的孔内的涡流区都会消失。因此可以证明，孔的深径比不影响孔的锥角对孔内流场的优化作用。图5-1至图8-3为不同入口流速时，孔内流场的分布情况。由图可知入口流速仅仅影响孔内各点的速度，并不改变流畅的分布情况。无论入口流速如何，孔内涡流范围都会随着锥角的增大而减小。由图8-1至图8-3可知当锥角为160°时，不同入口流速下，孔内涡流都会消失。因此可以证明，入口流速不影响孔的锥角对孔内流场的优化作用。【主权项】1.一种基于锥形孔模板的群孔模板电解加工系统， 由金属板(1)、模板(2 )、工件(3 )、绝缘板(4)组成；其中在模板(2 )上加工有群孔，模板(2)紧密覆盖于工件3之上，绝缘板(4)置于工件(3)之下；金属板(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于锥形孔模板的群孔模板电解加工系统，由金属板（1）、模板（2）、工件（3）、绝缘板（4）组成；其中在模板（2）上加工有群孔，模板（2）紧密覆盖于工件3之上，绝缘板（4）置于工件（3）之下；金属板（1）连接电源负极，工件（3）连接电源正极，金属板（1）和模板（2）之间有一定的间隙；其特征在于：上述模板（2）上的群孔为上大下小的锥形孔结构，其中锥角α的范围是100º~170º。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王国乾，李寒松，曲宁松，高传平，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32