微細電解加工用嵌套式中空電極的焊接制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種微細電解加工用嵌套式中空電極的焊接制備工藝，屬于特種加工 領域。
【背景技術】
[0002] 微細電解加工是利用電化學氧化還原反應中陽極溶解的原理將陽極工件蝕除成 形的減材加工方法。間隙內的加工電流使金屬工件上的原子失去電子成為離子從工件上溶 解，這種以離子形式蝕除材料的過程理論上其加工精度可達到微米甚至納米級，這就使得 微細電解加工在作用機理上具備了微細尺度下的加工能力。另外，微細電解加工是一種非 接觸式的電加工方法，具有不受材料機械性能的局限，工件表面不產生殘余應力，陰極電極 無損耗，加工精度高等優點。與傳統的電解加工相比，微細電解加工有其自身特點，如加工 中采用的加工電壓低、脈寬窄，電解液濃度低，加工間隙小(數微米至數十微米)，加工效率 與精度相互制約等，目前微細電解加工已成功應用于航空航天，醫療器械，電子設備和汽車 發動機等制造領域，但其發展還面臨著很多挑戰。
[0003] 微細電解加工主要有微細孔電解加工和微三維結構電解加工等方式。采用柱狀電 極銑削加工三維結構可以避免陰極設計、流場設計引起的形狀和尺寸精度等問題，可以得 到很好的成形精度和表面質量；微細孔電解加工一般采用柱狀電極。因此，上述兩種加工方 式在工具電極的選用方面有相通之處。常用的柱狀電極主要有簡單柱狀電極和柱狀成形電 極等結構，經國內外研宄人員的探索，這兩種電極都有了一定程度的發展。
[0004] 簡單柱狀電極的制備方法主要有線電極磨削法和電化學腐蝕法等。線電極磨削法 制備的微細電極的剛度不足，沖液會影響加工精度甚至破壞微細電極，只能采用靜液加工， 在微細深小孔加工方面具有一定的局限性。在電化學腐蝕法制備微細電極的工藝中，通過 測量和控制電流回路中的電阻值來控制電極的直徑，電阻值的測量誤差將影響電極的尺寸 精度，對電極尺寸的精確控制方面有待改善。
[0005] 在微細電解加工中，采用的成形電極有：帶有微螺旋槽的成形電極、電火花反拷法 加工出的變截面電極(其端部是直徑為45 μ m的圓盤)等。利用柱狀成形電極進行微細電解 加工，具有加工效率高，成形精度高等優勢，但是成形電極的形狀相對復雜，制備耗時長，使 用壽命短，難以實現廣泛應用。
[0006] 微細孔電解加工中一般采用簡單柱狀電極，且其加工間隙微小，加工中一般采用 的中性電解液無法溶解電化學反應產生的沉淀物，加工區域內的無法及時排出的沉淀物將 微小加工間隙堵塞，進而阻礙電解液的順暢更新，影響電化學反應的進行；而且這些沉淀物 還會引起電解液電導率的變化，進而使加工電流產生波動，致使工件形狀精度和表面質量 變差。因此，電解產物的排出和電解液的更新是維持微細深小孔電解加工正常進行的重要 因素。而與微細深小孔電解加工相比，微細電解銑削加工沖液環境是開放的；微細深小孔電 解加工中的工具電極的工作環境相對惡劣。因此，微細深小孔電解加工中微細電極制備工 藝的研宄成果，可延伸應用到微三維結構電解銑削加工中。
[0007] 為了解決電解液的更新和產物排除的問題，國內外的研宄人員分別提出了側沖電 解液配合實心柱狀電極間歇回退法，低壓沖液-中空電極及工件偏心軌跡運動法，真空抽 液配合中空電極法等的微細孔電解加工方法。采用實心柱狀電極間歇回退加工方式通過電 極的快速回退使加工區域內壓力降低，形成抽吸作用，可以吸入新鮮電解液，同時排出反應 產物。然而在加工深小孔時，該方法中微小加工間隙內電解液流動將變緩，使得加工深度受 限，而且重復的進給運動使得加工孔的尺寸精度難以控制；采用具有偏心軌跡的工件運動 加工方法主要是將工件安裝在能夠做均勻偏心運動的工作臺上，通過工件的往復運動改善 電解液流動情況。但是由于工件做偏心軌跡運動使得工具電極與孔之間的最大間隙大于 200 μ m，不適于加工直徑100~200 μ m的微細深小孔；真空抽液法通過改變電解液的流動方 向來改善電解液流場特性，可以減少雜散腐蝕，提高加工穩定性。但這種方法采用真空泵倒 吸電解液，由于電解液最高負壓為〇. IMPa，難以實現電解液在微小加工間隙內的高速流動， 不利于產物排出和電解液更新。
[0008] 針對孔徑為100~200 ym的微細深小孔電解加工中存在的問題，提出了采用高壓 供液配合中空電極的沖液方式，來解決上述問題。此種方法中，高達數MPa壓力的高壓電解 液從電極的內孔中高速流出，順暢流過微小加工間隙，使工件在氧化還原反應的作用下被 不斷蝕除，同時電解產物隨著向兩側沖出的電解液被帶出加工區域，可以解決電解液更新 和產物排除的問題。因此微細中空工具電極應該具備以下特點：其一、工具電極是中空結構 且能承受數MPa高壓，能夠使新鮮電解液從其內孔中沖出，順暢流過微小加工區域；其二、 電極作為電化學反應的陰極，具備良好的導電能力；其三、加工過程中，工具電極隨著機床 主軸做進給運動，工具電極運動方向須與主軸方向一致；其四、加工區域內的沉淀物和外沖 液會對電極產生沖擊，因此電極應該具備一定的剛度，保證微細深小孔電解加工的穩定性。
[0009] 前述的微細電解加工用的工具電極制備方法如線電極磨削法或電化學腐蝕方法， 難以制備出具有中空結構的微細電極，而利用直徑為100~200 μπι的中空金屬管作為微細 電極的制備方法鮮有報道，主要受以下幾個因素制約：微細中空金屬管本身的徑向尺寸非 常小，使得微細中空金屬管與高壓電解液的連通和密封困難；在通電方面，微細中空金屬管 上導線連接也較困難；裝夾方面，在保證高壓密封和連通電解液的前提下，要保證裝夾中微 細中空金屬管與主軸軸線的同軸度和其本身的直線度都較困難；因此，如何解決上述問題 是微細中空電極制備工藝中的關鍵所在。
【發明內容】
[0010] 有鑒于此，確有必要提供一種微細電解加工用嵌套式中空電極的焊接制備工藝， 該制備工藝能夠使微細中空管與高壓電解液的連通和密封容易，微細中空管上導線連接也 較容易，且能夠保證裝夾中微細中空管與主軸軸線的同軸度和其本身的直線度。
[0011] 一種微細電解加工用嵌套式中空電極的焊接制備工藝，其包括以下工序：微細中 空管穿絲工序，中管粘結工序，金屬管嵌套尺寸及位置調整工序和嵌套式中空電極焊接工 序。具體地，首先在準備的微細中空管中穿圓柱細絲；其次將穿絲后的微細中空管穿入中管 的內孔中并將該中管的一端粘結在所述穿絲后的微細中空管的外壁，形成組合電極；再次 將組合電極伸入大管，控制所述組合電極的中管伸入所述大管的長度；最后