一种水凝胶注射装置及钻孔方法

1.本发明属于电火花-电解复合制孔技术领域，具体涉及一种水凝胶注射装置及钻孔方法。


背景技术：

2.电火花加工的材料去除机理是材料在高温后熔化或气化后去除，因此在电火花钻孔之后，孔壁表面上那些没有排出加工区域的熔融物质在工作液的冷却下会重新凝固形成所谓重铸层，不仅导致孔壁表面质量不高，而且还能影响孔的疲劳强度，减少使用寿命。为了提高孔的表面质量和材料性能，目前在电火花钻孔后采用电解加工的方法来去除重铸层，形成电火花-电解复合钻孔方法。
3.电解加工的不足之处是存在杂散腐蚀现象，所谓杂散腐蚀是指电解加工过程中杂散电流对工件已加工表面的二次腐蚀，或对非加工区域的腐蚀，它是造成电解加工精度低的主要原因。产生杂散腐蚀现象的原因是：电解加工时的工作液采用的是nacl、nano3、naclo3等液体电解液，液体电解液在加工时会四处流动，电场无法被完全约束在加工的区域中，同时在非加工区域中也会存在不同程度的杂散电流分布，导致非加工表面也会参与电化学反应，发生点蚀和杂散腐蚀，因此存在着加工的定域性较差的问题。


技术实现要素：

4.本发明要提供一种水凝胶注射装置及钻孔方法，以解决现有技术中电解加工存在杂散腐蚀、电解加工精度低和定域性较差的问题。
5.为了达到本发明的目的，本发明给出的技术方案是：一种水凝胶注射装置，由电极套、推杆、夹具和电极组成；
6.所述电极套包括同心设置的外套管和导套，外套管比导套略长，上部平齐设置，外套管的下部和导套的底端通过肋板固连，肋板下表面以下的电极套表面涂覆有绝缘涂层；
7.所述电极为变径电极，直径较粗的定位段加工有外螺纹并与导套内壁设置的内螺纹配合连接，其端部设置有凹槽，直径较细的为圆柱电极段，圆柱电极段可轴向活动地穿设于导套的肋板一端；所述外套管的下端部渐缩，缩小后的孔径略大于圆柱电极段的直径；
8.所述推杆为管状体，过盈配合地设置于外套管和导套之间的环状空间内；
9.所述推杆的上端部设置有夹具；
10.所述外套管和导套之间的环状空间内注有水凝胶。
11.进一步的，上述推杆的外壁上设置有环形凹槽，环形凹槽中嵌设有橡胶圈。
12.进一步的，上述包括以下步骤：
13.步骤一：将水凝胶注入电极套中的外套管和导套之间的环状空间内，然后安装推杆，工件设置于电极的圆柱电极段的下方，根据钻孔的深度和电极磨损程度，用螺丝刀旋转电极上凹槽，调整电极的位置；
14.步骤二：进行电火花加工：夹具夹持着推杆并带动整个水凝胶注射装置向下运动，
将去离子水箱中的去离子水作为工作液喷向加工区域，电极套和工件分别连接脉冲电源的阴极和阳极，电极接近工件开始进行电火花钻孔加工，当电极套的底部和工件相互接触时，电火花钻孔加工结束；
15.步骤三：夹具夹持着推杆继续向下运动，由于电极套底部和工件已经接触，电极套不能向下运动，此时推杆挤压水凝胶，水凝胶通过电极套底部的间隙被注入到电极和孔壁的间隙中，开始进行电解加工。
16.与现有技术相比，本发明具有的有益效果和优点有：
17.1、本发明的水凝胶注射装置，结构简单，夹具带动水凝胶注射装置只需要向下进给一次，不需要更换设备，也不需要中断加工，就能实现把电火花钻孔和水凝胶作为电解质的电解加工结合起来进行复合钻孔加工。
18.2、水凝胶是由聚合物分子相互连接形成的空间三维交联网络，以及网络结构中填充的液体介质组成的，是一种能够保持一定形态的弹性半固体材料。将水凝胶引入导电介质便可以制成导电水凝胶，它结合了导电物质和水凝胶的两种特性，在室温电导率可达10-4
s/cm，仅仅比有机液体电解质小一个数量级。本发明基于导电水凝胶特点，将其作为电解质代替传统的液体电解液进行电解加工时，水凝胶作为一种半固态材料不能随意流动，因此电场也完全的限定在水凝胶范围内，水凝胶覆盖不到的地方不会有电化学反应的发生，有效的提高了电解加工的定域性，能够极大的克服电解加工的杂散腐蚀，提高电解加工的精度。
19.3、本发明的钻孔方法，在进行电火花-电解复合钻孔时，创造性的使用水凝胶这种半固体材料代替传统的液体工作液进行电解加工，在克服杂散腐蚀的同时，有效的提高了电解加工的定域性，提高电解加工的精度，可获得无重铸层的、表面质量好、精度高的钻孔。
附图说明
20.图1为本发明的水凝胶注射装置；
21.图2为本发明电极套的结构示意图；
22.图3为本发明电极的结构示意图；
23.图4为本发明电极套和电极的结构示意图；
24.图5为本发明推杆的结构示意图；
25.图6为本发明的钻孔过程和加工原理图。
26.附图标记说明如下：1外套管；2导套；3推杆；4夹具；5凹槽；6电极；7橡胶圈；8水凝胶；9；肋板间的空隙，10电极的加工部分。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明。
28.参见图1-图6，一种水凝胶注射装置，由电极套、推杆3、夹具4和电极6组成。所述电极套包括同心设置的外套管1和导套2，外套管1比导套2略长，上部平齐设置，外套管1的下部和导套2的底端通过肋板固连，肋板下表面以下的电极套表面涂覆有绝缘涂层。
29.所述电极6为变径电极，直径较粗的定位段加工有外螺纹并与导套2内壁设置的内螺纹配合连接，其端部设置有凹槽5，直径较细的为圆柱电极段，圆柱电极段可轴向活动地
穿设于导套的肋板一端；所述外套管1的下端部渐缩，缩小后的孔径略大于圆柱电极段的直径。
30.所述电极6的定位段旋入导套2后，下方圆柱电极段伸出电极套的部分是电极的加工部分10。通过旋转电极6上方的凹槽5使电极6能够在导套2中上下移动，可以根据钻孔的深度和电极6的磨损程度来改变电极的加工部分10的长度以适应钻孔的需要。
31.所述推杆3为管状体，过盈配合地设置于外套管1和导套2之间的环状空间内；将水凝胶8注入在电极套下部的环状空间内，电极套内插入推杆3，推杆3将水凝胶8压在电极套的底部。由于水凝胶8是具有一定机械强度的半固态材料，因此在没有外力的作用时，不会从电极套下方的间隙中掉出去。
32.本实施例中，推杆3管状体的外壁上设置有凹槽，凹槽中嵌设有橡胶圈7。橡胶圈7的主要作用是增加推杆3和电极套的摩擦力，防止电极套在重力的作用下向下滑动而与推杆3脱离。
33.本实施例中，所述推杆3的上端部设置有夹具4。夹具4可与机床连接，夹具4夹持在推杆3的上方，带动推杆3可以进行上下进给运动。
34.一种水凝胶注射装置的钻孔方法，如图6所示，包括以下步骤：
35.步骤一：如6(a)所示，将水凝胶8注入外套管1和导套2之间的环状空间内，然后安装推杆3，工件设置于电极6的圆柱电极段的下方，根据钻孔的深度和电极磨损程度，用螺丝刀旋转电极6上的凹槽5，调整电极6的位置。
36.步骤二：进行电火花加工：夹具4夹持着推杆3并带动整个水凝胶注射装置向下运动，将去离子水箱中的去离子水作为工作液喷向加工区域，电极套和工件分别连接脉冲电源的阴极和阳极，电极6接近工件开始进行电火花钻孔加工，如图6(b)所示，当整个水凝胶注射装置带动电极6钻孔到工件内部，电极套的底部和工件相互接触时，电极套不能继续向下运动，此时去离子水工作液停止喷射，电火花钻孔加工结束。由于电火花加工的材料去除机理，电极6和钻孔的孔壁之间会有一定的间隙，同时孔壁表面布满重铸层，影响工件的表面质量和材料性能。
37.步骤三：如图6(c)所示，由于电极套和工件已经接触，电极套不能向下运动，但夹具4夹持着推杆3向下运动，此时推杆3在外套管1与导套2之间向下运动挤压水凝胶8，水凝胶8会通过电极套端部的间隙(肋板间的空隙9)注入到电极6和孔壁的间隙中，此时水凝胶8起到电解质的作用并开始进行电解加工。由于水凝胶8是半固体弹性材料，无法随意流动，虽然在电极套下方的封闭空间存在水凝胶8，但是由于电极套下部分绝缘涂层的存在而无法发生电化学反应，因此电解加工的范围被严格限制在孔壁处。经过一定时间的电解加工，电火花加工留下的重铸层可以被完全去除，最终得到表面质量好精度高的钻孔，如图6(d)所示，钻孔加工结束。
38.以上所述，仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种水凝胶注射装置，包括电极套和电极（6），其特征在于：还包括推杆（3）、夹具（4）、电极（6）和橡胶圈（7），所述电极套包括同心设置的外套管（1）和导套（2），外套管（1）比导套（2）略长，上部平齐设置，外套管（1）的下部和导套（2）的底端通过肋板固连，肋板下表面以下的电极套表面涂覆有绝缘涂层；所述电极（6）为变径电极，直径较粗的定位段加工有外螺纹并与导套（2）内壁设置的内螺纹配合连接，其端部设置有凹槽（5），直径较细的为圆柱电极段，圆柱电极段可轴向活动地穿设于导套（2）的肋板一端；所述外套管（1）的下端部渐缩，缩小后的孔径略大于圆柱电极段的直径；所述推杆（3）为管状体，过盈配合地设置于外套管（1）和导套（2）之间的环状空间内；所述推杆（3）的上端部设置有夹具（4）；所述外套管（1）和导套（2）之间的环状空间内注有水凝胶（8）。2.根据权利要求1所述的一种水凝胶注射装置，其特征在于：所述推杆（3）的外壁上设置有环形凹槽，环形凹槽中嵌设有橡胶圈（7）。3.根据权利要求1所述的一种水凝胶注射装置的钻孔方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将水凝胶（8）注入电极套中的外套管（1）和导套（2）之间的环状空间内，然后安装推杆（3），工件设置于电极（6）的圆柱电极段的下方，根据钻孔的深度和电极（6）磨损程度，用螺丝刀旋转电极（6）上的电极上端凹槽（5），调整电极（6）的位置；步骤二：进行电火花加工，夹具（4）夹持着推杆（3）并带动整个水凝胶注射装置向下运动，将去离子水箱中的去离子水作为工作液喷向加工区域，电极套和工件分别连接脉冲电源的阴极和阳极，电极（6）接近工件开始进行电火花钻孔加工，当电极套的底部和工件相互接触时，电火花钻孔加工结束；步骤三：夹具（4）夹持着推杆（3）继续向下运动，由于电极套底部和工件已经接触，电极套不能向下运动，此时推杆（3）挤压水凝胶（8），水凝胶（8）通过电极套底部的间隙被注入到电极（6）和孔壁的间隙中，开始进行电解加工。

技术总结
本发明属于电火花-电解复合制孔技术领域，具体涉及一种水凝胶注射装置及钻孔方法。所述装置由电极套、夹具、推杆和电极组成，所述电极套包括外套管和其内同心设置的导套，两者通过肋板固连；所述电极定位段与导套螺纹配合连接，圆柱电极段轴向可活动地穿设于导套的肋板一端；所述推杆为设置于外套管和导套之间环状空间内的管状体，环状空间的下部注有水凝胶。圆柱电极段的端部对工件进行电火花钻孔，然后使用水凝胶作为电解质对工件进行电解加工。本发明的装置结构简单，夹具只需进给一次，无需更换设备和中断加工，就能进行电火花-电解复合钻孔，克服了电解加工的杂散腐蚀，提高了电解加工的定域性，可获得表面质量好精度高的钻孔。的钻孔。的钻孔。


技术研发人员：武小宇 张长富 陈星海 刘强
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/21