金属流道内表面磨粒辅助电解抛光用喷头及方法

1.本发明属于金属流道内表面抛光技术和设备领域，具体涉及一种可对金属流道内表面进行磨粒辅助电解抛光的装置及抛光方法。


背景技术：

2.增材制造可以实现一体化、轻量化复杂结构的快速制造，在多种产品中应用该技术，提升效果明显，基于增材制造技术的一体化、轻量化零件，一般具备复杂结构，对伺服机构阀体类零件，随形流道是其主要结构特征之一，但目前增材制造成形内流道表面质量不能满足流道要求，表面有较多黏附物，整体呈阶梯形貌，表面粗糙度较大，需要进行表面抛光处理。
3.目前表面抛光处理主要采用以下几种方法：传统机械抛光、激光抛光、化学抛光、磨粒流抛光。传统机械抛光一般主要用于零件外表面的抛光；激光抛光后零件表面存在抛光层，且抛光可达性较差；化学抛光过程较难控制，表面质量改善有限，且以产生有毒气体，抛光液对环境造成很大污染；磨粒流抛光容易出现“过抛”及“磨粒镶嵌”的问题。对于加工干涉性强、可达性差的流道类金属构件，上述方法均不能达到令人满意的效果。
4.针对金属流道内表面的抛光处理，磨粒辅助电解抛光被认为是一种极具潜力的技术，但目前该技术也主要是应用在零件的外表面抛光中，对于金属流道内表面磨粒辅助电解抛光装备及工艺的研究较少。为了突破增材制造复杂流道结构件内表面处理的核心关键问题，推广增材制造技术在流道类结构件上的应用，有必要开发出一种适用于金属流道内表面的磨粒辅助电解抛光的装置及方法。


技术实现要素：

5.为了解决金属流道内表面难抛光的问题，本发明提供了一种金属流道内表面磨粒辅助电解抛光用喷头及方法。
6.本发明技术方案如下：一种金属流道内表面磨粒辅助电解抛光用喷头，其特征在于：由第一端向第二端依次包括进液管接头、过流环、端盖和前置电极头；上述进液管接头直径小于待抛光金属流道的内径；进液管接头第一端、第二端两端均为外螺纹结构,其中进液管接头第一端通过螺纹方式与高压软管连接，进液管接头第二端内部开设有环形凹槽，环形凹槽直径等于过流环外径，高度小于过流环厚度；上述端盖第一端为内螺纹结构，与进液管接头第二端通过螺纹方式连接；端盖第二端设置环形挡块，环形挡块内径小于上述过流环外径；上述过流环位于端盖与进液管接头之间，端盖与进液管接头通过螺纹进行连接并将过流环夹紧固定；过流环中心开设有中心螺纹孔，环周向开设有至少四个通孔；上述前置电极头由两段组成，其中第一段为外螺纹结构，与上述过流环中心螺纹通孔连接固定；第二段为圆柱状电极，该圆柱状电极的长度介于1-5mm之间，直径大于上述
端盖第二端的环形挡块内径，小于上述端盖第二端外径；前置电极头的第一段和第二段过渡部分斜面相对于横截面的倾角介于30
°‑
60
°
之间。上述进液管接头、过流环、端盖和前置电极头材料为高锰钢，其中端盖的外表面做绝缘处理。
7.利用上述装置进行金属流道内表面磨粒辅助电解抛光的方法包括以下步骤：1）混有磨粒的电解液经增压设备，高压软管和喷头喷射到金属流道内表面，使金属流道内表面和前置电极头之间充满电解液；2）将金属流道接电源正极，前置电极头接电源负极，金属流道内表面与前置电极头距离较近的电解抛光区发生电化学阳极溶解，去除金属流道内表面的多余物和凸起，对金属流道内表面进行抛光；3）喷头在进给机构的作用下，沿金属流道做缓慢进给运动，电解抛光区逐步变为磨粒辅助电解抛光区，游离磨粒随电解液高速撞击喷头出口区域的金属流道内表面，对经电解抛光后距前置电极头较远的磨粒辅助电解抛光区的金属流道内表面进行抛光处理，进一步降低表面粗糙度；4）喷头继续沿金属流道做进给运动，直到完成整个金属流道内表面的抛光处理。
8.整个金属流道内表面包括待抛光区、抛光区和已抛光区，其中抛光区分为电解抛光区和磨粒辅助电解抛光区；在电解抛光区，前置电极头与金属流道内表面距离较近，电流密度较大，金属流道内表面上的黏附物和凸起发生电化学阳极溶解，表面被抛光整平；在磨粒辅助电解抛光区，前置电极头与金属流道内表面距离较远，电流密度较小，表面生成一层钝化膜阻止材料发生阳极溶解，钝化膜相对于基体材料较软，在磨粒的机械微磨削作用下，凸起处的钝化膜被优先去除，继而再次生成钝化膜，周而复始，对金属流道内表面做进一步的抛光处理，提高了抛光效率和抛光质量。
9.通过改变前置电极头第二端圆柱状电极的长度和喷头做进给运动速度的大小来控制电解抛光的材料去除量；通过改变前置电极头斜面倾角的大小来改变混有磨粒的电解液对金属流道内表面的喷射角度，从而改变磨粒对金属流道内表面的机械微磨削作用的强弱。
10.本发明的有益效果在于：1.喷头沿金属流道做进给运动，游离磨粒对金属流道内表面各处的抛光质量保持一致，解决了传统磨粒流抛光存在沿程压力损失，出口端抛光质量低于入口端的问题。
11.2.金属流道内表面上的黏附物和凸起先由电化学作用抛光去除，使表面平整，后由磨粒的机械作用进一步提高表面光洁度，因此本发明的抛光效率高，抛光质量好。
12.3.喷头材料为高锰钢，耐磨损、耐腐蚀，进液管接头和端盖表面做绝缘处理避免了喷头接触到金属流道内表面而发生短路。
13.4.喷头为环形喷射，可以实现环周向三百六十度无死角抛光，本发明相比于需要转动的单向喷嘴更加简单；混有磨粒的电解液经喷嘴喷射到金属流道内表面，喷嘴受到的反作用力使喷嘴处于金属流道轴线附近，保证了金属流道内表面各处的抛光稳定性和均匀性。
附图说明
14.图1为金属流道内表面磨粒辅助电解抛光用喷头整体外观示意图；
图2为金属流道内表面磨粒辅助电解抛光用喷头剖视爆炸图；图3为金属流道内表面磨粒辅助电解抛光原理示意图；其标号名称分别为：1、进液管接头，2、过流环，3、端盖，4、前置电极头，5、电源，6、高压软管，7、混有磨粒的电解液，8、金属流道，9、气泡，10、加工产物，a、喷头进给方向，b、已抛光区，c、磨粒辅助电解抛光区，d、电解抛光区，e、待抛光区，f、抛光区。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.如图1所示，金属流道内表面磨粒辅助电解抛光用喷头包括进液管接头1、过流环2、端盖3和前置电极头4四部分，其中，过流环2位于端盖3与进液管接头1之间，端盖3与进液管接头1通过螺纹进行连接并将过流环2夹紧固定，前置电极头4与过流环2通过螺纹连接固定在一起；进液管接头1直径小于待抛光金属流道8的内径，两端均为外螺纹结构，其中第一端与高压软管连接，第二端与端盖3连接，第二端内部开设有环形凹槽，环形凹槽直径等于过流环2外径，高度小于过流环厚度；过流环2中心开设有螺纹孔，用来连接前置电极头4，环周向开设有至少四个通孔，混有磨粒的电解液7由此孔流过；端盖3第一端为外螺纹结构，与进液管接头第二端连接，端盖第二端内径小于上述过流环2外径；前置电极头4第一端为外螺纹结构，与过流环2中心螺纹通孔连接固定，第二端为圆柱状电极，长度介于1-5mm之间，直径小于上述端盖3外径，第一端与第二端过渡部分斜面相对于横截面的倾角介于30
°‑
60
°
之间；进液管接头1、过流环2、端盖3和前置电极头4材料为高锰钢，其中端盖3的外表面做绝缘处理。
17.如图2所示，抛光区域分为电解抛光区和磨粒辅助电解抛光区，混有磨粒的电解液7经增压设备，高压软管和喷头喷射到金属流道8内表面，使金属流道8内表面和前置电极头4之间（抛光区）充满电解液，将金属流道8接电源正极，前置电极头4接电源负极；在电解抛光区，前置电极头4与金属流道8内表面距离较近，电流密度较大，金属流道8内表面上的黏附物和凸起发生电化学阳极溶解，表面被抛光整平；喷头沿金属流道8轴线做缓慢进给运动，电解抛光区变为磨粒辅助电解抛光区，在磨粒辅助电解抛光区，前置电极头4与金属流道8内表面距离较远，电流密度较小，表面生成一层钝化膜阻止材料发生阳极溶解，钝化膜相对于基体材料较软，游离磨粒随电解液高速撞击金属流道8内表面，凸起处的钝化膜被优先去除，继而再次生成钝化膜，周而复始，对金属流道8内表面做进一步的抛光处理，降低表面粗糙度。
18.喷头继续沿金属流道8做缓慢进给运动，直到完成整个金属流道8内表面的抛光处理。
19.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。