一种在导体材料中加工变径圆孔的阴极工具和加工方法技术

本发明专利技术涉及一种在导体材料中加工变径圆孔的阴极工具和加工方法。以克服现有技术存在的加工困难、孔壁表面质量不佳的问题。本发明专利技术包括以下步骤：1、管电极的外径为d，内径为0.8d，在管电极的表面，加工有螺旋槽；2、加工出内孔径为D的圆柱孔的导体工件被固定在机床工作台中，在机床夹具的作用下，将阴极工具放置在导体工件的圆柱孔中；3、管电极连接电源的阴极，工件连接电源的阳极，工作液和去离子水混合成溶液，工作液从管电极的顶部注入，从管电极的底部以及螺旋槽中流出；4、加工开始，管电极匀速旋转，管电极表面在去掉螺旋槽后剩余的有效工作部分对圆柱孔进行电解加工，溶解去除孔内壁的材料，增大孔的内径。

【技术实现步骤摘要】
一种在导体材料中加工变径圆孔的阴极工具和加工方法
本专利技术属于导体材料加工
，具体涉及一种在导体材料中加工变径圆孔的阴极工具和加工方法。
技术介绍
深孔加工技术在机械加工领域中具有着非常重要的地位，随着科技的发展，高强度和高硬度等难加工深孔的零件广泛应用于航空航天、医疗器械等领域，例如，航空发动机的涡轮叶片材料主要选择镍基高温合金，同时在叶片上加工气膜冷却孔来提高叶片的耐高温性，高性能航空发动机每个燃烧室中含有高达十万个气膜孔。同时，为了最大程度上优化冷却效果，在传统圆孔的基础上又相继设计出簸箕孔、水滴孔、燕尾孔等异形孔加工方案，这些都使得深孔加工成为现代机械制造的关键工序和难点挑战。传统的钻削加工和电火花加工均可进行深孔加工。但钻削加工存在着刀具刚性不足、钻头易折断、切屑难以排出等工艺缺陷。而电火花加工，虽然零件材料硬度不受限制，但随着孔深的增加，电极损耗严重，会导致加工效率的降低以及制造成本的增加，不仅如此，电火花加工后的孔壁还存在重铸层，影响孔的表面质量和材料性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在导体材料中加工变径圆孔的阴极工具及加工方法，以克服现有技术存在的加工困难、孔壁表面质量不佳的问题。为达到上述目的，本专利技术提供了一种在导体材料中加工变径圆孔的阴极工具，包括内部是空心的圆柱管状电极，材料为黄铜或紫铜，所述管电极的表面设置有螺旋槽。利用上述阴极工具在导体材料中加工变径圆孔的方法，包括以下步骤：1、管电极的外径为d，管电极的内径为0.8d，在管电极的表面，加工有螺旋槽，螺旋槽的螺距为s，槽宽为k；2、加工出内孔径为D的圆柱孔的导体工件被固定在机床工作台中，选用的管电极的高度大于圆柱孔的高度，在机床夹具的作用下，将阴极工具放置在导体工件的圆柱孔中；3、直流电源的电压为10V-20V，管电极连接电源的阴极，工件连接电源的阳极，工作液为NaNO3和去离子水混合而成的浓度为15～25％的NaNO3溶液，工作液从管电极的顶部注入，从管电极的底部以及螺旋槽中流出；4、加工开始，管电极在机床夹具的带动下匀速旋转，管电极表面在去掉螺旋槽后剩余的有效工作部分对圆柱孔进行电解加工，溶解去除孔内壁的材料，增大孔的内径。上述阴极工具上螺旋槽的螺距s和槽宽k相同，用于加工直孔。管电极表面上每个有效工作区域也都是相同的，使用这样的管电极加工出的孔，能够扩大内孔直径，但仍然是直孔，并不是变径圆孔。改变上述阴极工具上螺旋槽的螺距s和槽宽k，用于加工变径圆孔。改变管电极的有效工作区域，就可用来加工变径圆孔。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术提供的阴极管电极工具结构简单，易加工。2、加工步骤简单：本专利技术使用带有螺旋槽的管电极作为阴极工具，利用电解加工方法，加工出直径不同的圆柱孔以满足航空发动机中对气膜冷却孔的要求。电解加工是利用金属的阳极溶解原理对工件进行加工的一种工艺，没有切削力的作用，因此工件表面不会产生残余应力，更不会像电火花加工在孔壁上产生重铸层，具有很高的表面质量，对于在难加工材料中进行深孔加工具有显著优势，且批量越大，单件生产成本越低。3、不仅适用于加工直孔，更可加工变径圆孔。附图说明：图1是本专利技术阴极工具的结构示意图；图2是本专利技术加工孔示意图；图3是实施例2中增大槽宽或者减小螺距导致管电极有效工作区域的减小的示意图；图4是实施例4加工锥形孔的示意图；图5是实施例5加工鼓形孔的示意图；图6是实施例6加工哑铃形孔的示意图；图7是加工任意直径的圆孔的示意图；附图说明：1-待加工的内孔，2-带螺旋槽的管电极。具体实施方式：下面将结合附图和实施例对本专利技术进行详细地描述。参见图1，本专利技术提供的阴极工具，是以公知的管电极为基础加工制作的，管电极的外径为d，内径为0.8d，材料为黄铜或紫铜。在管电极的表面，设置有螺旋槽，也就是沿着螺旋线加工有槽，螺旋槽的螺距为s，槽宽为k。由于螺旋槽的部分是已经被挖空的，因此剩余的表面即为管电极的有效工作区域。将此阴极工具用于加工导体工件，所述导体工件上加工有圆柱孔，其孔径为D，选用管电极的外径d＝D-(0.2mm～2mm)。实施例1，参见图2，利用上述阴极工具在导体材料中加工圆孔的方法，包括以下步骤：1、管电极的外径为d，管电极的内径为0.8d，在管电极的表面，加工有螺旋槽，螺旋槽的螺距为s，槽宽为k，本实施例中阴极工具上螺旋槽的螺距s和槽宽k相同；2、加工出内孔径为D的圆柱孔的导体工件被固定在机床工作台中，选用的管电极的高度大于圆柱孔的高度，在机床夹具的作用下，将阴极工具放置在导体工件的圆柱孔中；3、直流电源的电压为10V-20V，管电极连接电源的阴极，工件连接电源的阳极，工作液为NaNO3和去离子水混合而成的浓度为15～25％的NaNO3溶液，工作液从管电极的顶部注入，从管电极的底部以及螺旋槽中流出；4、加工开始，管电极在机床夹具的带动下匀速旋转，管电极表面在去掉螺旋槽后剩余的有效工作部分对圆柱孔进行电解加工，溶解去除孔内壁的材料，增大孔的内径。由于管电极表面上每个有效工作区域都是相同的，使用这样的管电极加工出的孔，能够扩大内孔直径，但仍然是直孔，并不是变径圆孔。实施例2，所述方法同实施例1，不同的是增大了槽宽k，如图3(a)所示；或者减小螺距s，如图3(b)所示，均可以减小管电极的有效工作区域。如果管电极的有效工作区域减小，在同样的条件下去除工件的材料就会减小，因此当使用这样的管电极在加工圆柱孔时，得到的孔径也会减小。实施例3，减小螺旋槽的槽宽，或者增大螺旋槽的螺距，均可以增大管电极的有效工作区域。当管电极的有效工作区域增大后，在同样的条件下去除工件的材料也会增加，因此当使用这样的管电极在加工圆柱孔时，得到的孔径也会变大。通过实施例2和实施例3，可以发现,若需要加工的孔径越大，则在管电极表面可以加工出大螺距、小槽宽的螺旋槽；相反，若需要加工的孔径越小，可在管电极表面采用小螺距、大槽宽的螺旋槽。因此，可以通过改变螺旋槽的螺距s和槽宽k，可以改变管电极有效工作区域，进而加工出不同内径的圆孔。实施例4，如图4所示，在管电极一端加工出小螺距大槽宽的螺旋槽，另一端加工出大螺距小槽宽的螺旋槽，用这样的阴极工具在已加工好的圆柱孔中进行电解加工，则可以加工出一端直径小，另一端直径大的锥形孔。实施例5，如如图5所示，如果在管电极两端加工出小螺距大槽宽的螺旋槽，而中间部分加工出大螺距小槽宽的螺旋槽，则可以加工出两端孔径小，中间孔径大的鼓形孔。实施例6，如图6所示，如果在管电极两端加工出大螺距小槽宽的螺旋槽，而中间部分加工出小螺距大槽宽的螺旋槽，则可以加工出两端孔径大，中间孔径小的哑铃形孔。实施例7，如图7所示，在管电极不同位置加工出不同螺距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在导体材料中加工变径圆孔的阴极工具，其特征在于：包括内部是空心的圆柱管状电极，材料为黄铜或紫铜，所述管电极的表面设置有螺旋槽。/n

【技术特征摘要】
1.一种在导体材料中加工变径圆孔的阴极工具，其特征在于：包括内部是空心的圆柱管状电极，材料为黄铜或紫铜，所述管电极的表面设置有螺旋槽。


2.根据权利要求1所述的一种利用上述阴极工具在导体材料中加工变径圆孔的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)管电极的外径为d，管电极的内径为0.8d，在管电极的表面，加工有螺旋槽，螺旋槽的螺距为s，槽宽为k；
2)加工出内孔径为D的圆柱孔的导体工件被固定在机床工作台中，选用的管电极的高度大于圆柱孔的高度，在机床夹具的作用下，将阴极工具放置在导体工件的圆柱孔中；
3)直流电源的电压为10V-20V，管电极连接电源的阴极，工件连接电源的阳极，工作液为NaNO3和去离子水混合而成的浓度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：武小宇，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61