[發明專利]一種3D打印的中空循環輔助電極結構

有效

• 申請號: 202110360284.5
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113070537B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 金洙吉;安志博;裴均民;白倩;姜冠楠
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23H3/04
• 分類號: B23H3/04;B23H9/16;B33Y30/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種3D打印的中空循環輔助電極結構，屬于電解加工技術領域，其結構為二級階梯圓柱型結構，內部設有中空的流道結構。流道結構包括八條“斜入射”結構的入口流道、一條出口流道和環形隔板，入口流道出口處與出口流道連通；入口流道作為電解液入口，電解液從二級階梯圓柱型結構大徑端流入，在小徑端經過被加工面流入出口流道，由出口流道流出。使用時，電極結構緊貼待加工表面，被加工工件作為陽極與電源正極相連，設于出口流道處的陰極結構與電源負極相連。本發明應用于電解加工高精度的小孔，作為電解加工小孔的輔助電極，通過改善結構使得被加工區域的電解液流速更為均勻，能夠得到更優秀的小孔表面質量；可提高小孔加工精度，長時間可靠工作。

技術領域

本發明屬于電解加工技術領域，基于電解加工小孔的原理并依靠3D打印技術，設計出一種3D打印的中空循環輔助電極。

背景技術

3D打印，也被稱為增材制造，是一種新興技術，具有通過在單一加工過程中，結合加工對象或加工裝置的設計和制造，改變許多領域制造過程的潛力。3D打印起初是應用于工業中快速成型制造的工具，而現在越來越多地用于多種工學和醫學應用中，例如制造組織生長支架、微血管系統、骨科植入物、康復輔助工具、電子設備、功能性機械組件等，低費用的3D打印技術的日益普及也促進了這種制造方法的廣泛使用，從一般家庭到研究機構實驗室都有不同程度的應用。3D打印技術可以在無需其他制造設備參與的情況下，自由設計并且直接制造出幾乎任何所需形狀的物體。最近有許多研究表明，可以利用3D打印技術直接制造具有復雜形狀的電極。

小孔法測量機械零部件的近表面殘余應力具有可靠性高、測量深度較大等優勢，是工程界應用最廣泛的一種殘余應力測試方法。小孔法測量殘余應力具有可靠性強，測量深度較大(0.02-15mm)等優點，已經被美國材料與實驗協會(ASTM)和中華人民共和國國家標準(GB/T 31310-2014)《金屬材料殘余應力測定鉆孔應變法》確定為標準的殘余應力測試方法。小孔法的測量方法為：在具有一定近表面殘余應力的試件表面加工一個小孔，在小孔附近的試件表面由于部分應力的釋放而產生相應的位移和應變，通過測量產生的位移和應變，將其代入一系列公式即可計算出已去除材料所在部位的殘余應力。

電解加工是一種利用金屬工件在電場作用下在電解液中發生陽極溶解特性的特種加工方法。電解加工過程不受材料力學性能影響，具有加工表面無殘余應力產生等優點。相比傳統的鉆削、銑削等機械方法加工小孔，利用電解法加工小孔測工件表面殘余應力不會引入附加應力，也不會導致工件的塑性變形。然而電解加工過程中加工穩定性較差這一問題限制了它的發展和應用，近年來，研究人員都致力于解決穩定性差這一問題來改善電解加工。對于現有方法，即靜液電解法，使用掩膜板使被加工面與電解液接觸加工小孔，其陽極產熱與電解產物不易排出，因此考慮使用流動電解法的加工方式來加工小孔。然而流動電解法需要解決電解液流速的不均勻性，因為小孔內電解表面電解液流速的不均勻會造成電解液的電導率變化較大，使得被加工表面材料去除有所差異，進而影響電解加工質量。因此需要通過改善電解加工方法以提高電解加工的穩定性。

電解加工可以直接受益于3D打印技術，因為通過使用3D打印技術，能夠以較低的價格構建一套復雜的測量系統，并且該系統具有很大的通用性。并且，3D打印技術可以直接同來生產形狀復雜或材料特殊的電極，或者用于氧化還原反應和電解液處理系統，例如電化學電池和微流體系統等。因此可以通過3D打印技術改善電解加工的不穩定性。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種3D打印的中空循環電極結構，提供一種渦旋流道方案能夠解決現有技術中采用小孔法測量工件表面殘余應力時，當采用電解加工小孔時產生的不穩定性的問題。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：