專利名稱：開槽電解加工方法及開槽工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的開槽電解加工方法及開槽工具，屬于電解加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生電化學(xué)陽極溶解的原理將工件加工成 形的一種特種加工方法。具有工具無損耗、成本低、生產(chǎn)效率高、加工表面質(zhì)量 好、與材料硬度無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，因此，電解加工在難加工材料零件、復(fù)雜形狀以及 薄壁零件的加工中具有顯著優(yōu)勢(shì)。
隨著航空工業(yè)的不斷發(fā)展，大量復(fù)雜、薄壁零件都采用難加工材料，尤其是 航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件中，發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤、機(jī)匣都采用高溫合金、鈦合金等難加工材 料。同時(shí)該類零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高，其制造技術(shù)已經(jīng)成為世界共同 關(guān)注的難題。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤的加工中，為了形成扭曲的葉間通道，要重 復(fù)進(jìn)行數(shù)十次開槽加工。目前傳統(tǒng)的開槽加工方法主要有金屬切削加工、電解加 工、電火花加工以及電火花線切割等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件多采用難加工材料，切削 加工刀具消粍量大，成本高，針對(duì)某些窄通道葉盤類零件還存在刀具無法加工的 干涉區(qū)。電火花加工，加工效率低，電極損耗大，加工表面會(huì)形成再鑄層和微裂 紋。電火花線切割中，金屬絲在加工中均為繃緊的直線，所以一般只能實(shí)現(xiàn)直線 展成曲面加工，無法進(jìn)行復(fù)雜曲面加工。電解加工則憑借工具無損耗、成本低、 生產(chǎn)效率髙、加工表面質(zhì)量好、與材料硬度無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，在難加工材料的開槽加 工中具有突出的優(yōu)勢(shì)。
以往的電解加工開槽手段，通常采用橫截面是三角形或者矩形的成型中空電極,采用縫狀出液口 (見文章"康敏、徐家文'精密展成電解加工整體葉輪的陰極設(shè) 計(jì)'工具技術(shù)，2001(10), 21-23"以及"朱永偉、胡平旺、徐家文'整體葉輪數(shù) 控展成電解加工陰極的設(shè)計(jì)，航空精密制造技術(shù)，2000(6), 25-27")。上述電極 形狀復(fù)雜，加工困難，試驗(yàn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。由于電解液流動(dòng)時(shí)具有前沖效應(yīng)，采 用縫狀出液口，如圖6(A)所示，會(huì)出現(xiàn)出液口遠(yuǎn)端流量遠(yuǎn)大于近端的現(xiàn)象， 近端由于流量小常出現(xiàn)缺液區(qū)，無法及時(shí)帶走加工產(chǎn)物，因此常在近端易發(fā)生短 路，導(dǎo)致工件和電極損傷。該類結(jié)構(gòu)工具電極在加工貫穿通道時(shí)，如圖7(A-B)， 在工具電極14加工到零件貫穿時(shí)，電解液直接從貫穿通道流走進(jìn)而無法流經(jīng)待 加工的側(cè)壁區(qū)域，使原有流場(chǎng)遭到破壞，加工將無法繼續(xù)，因此，如圖7(C) 必須在零件毛坯15下增設(shè)金屬犧牲層16來維持流場(chǎng)不變。同時(shí)，在加工大型或 槽通道過寬的零件時(shí)，將通道余量全部去除會(huì)出現(xiàn)加工面積過大，導(dǎo)致加工電流 過大。因此，有必要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可主動(dòng)控制流場(chǎng)，即能夠適應(yīng)扭曲窄槽加工， 又能適應(yīng)寬槽加工的工具電極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服金屬切削難以加工的扭曲窄槽，電火花開槽效率低、表 面質(zhì)量差，電火花線切割無法加工非直紋展成曲面以及傳統(tǒng)電解開寬槽耗能大、 陰極加工難等不足，提供一種開槽電解加工方法及開槽工具。使其既能實(shí)現(xiàn)扭曲
窄槽加工，又能實(shí)現(xiàn)大余量去除的寬槽加工。
一種開槽電解加工方法，其特征在于(1)、采用成型中空金屬管作為工具 電極，其管壁上具有規(guī)則排布的出液群孔；其孔徑、位置根據(jù)工具電極形狀和加 工軌跡擇優(yōu)排布。(2)、在工作時(shí)，電解液流入中空金屬管并從管壁的小孔內(nèi)噴 出，直接噴向零件被加工表面，形成正沖式流水方式；通過改變孔的分布控制流 場(chǎng)；(3)、工具電極與電源負(fù)極相連，被加工工件與電源的正極相連；(4)、采用
單頭進(jìn)液或雙頭進(jìn)液，在數(shù)控傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下，完成曲線切割、套料，扭曲窄縫
成型等加工。上述開槽電解加工方法，采用單頭進(jìn)液方式，即中空金屬管電極一端封閉， 另一端進(jìn)液，電解液從進(jìn)液口流入，從小孔噴向加工面。
上述的幵槽電解加工方法，釆用雙頭進(jìn)液方式時(shí)，即中空金屬管電極兩端都 為進(jìn)液口，電解液從兩端進(jìn)液口同時(shí)流入，從小孔噴向加工面。
一種開槽電解加工工具，其特征在于包括進(jìn)液管電極、用于連接進(jìn)液管電 極與電解液供液管道的進(jìn)液管電極夾具，上述進(jìn)液管電極管壁上具有規(guī)則排布的 出液群孔。
上述進(jìn)液管電極為直行型，也可以為曲線型、U型。
本發(fā)明的有益效果在于
1、 本發(fā)明提供了一種主動(dòng)控制流場(chǎng)的電解開槽工具，采用孔作為出液口， 可以強(qiáng)迫電解液從指定位置的小孔噴出，改變孔的位置，流場(chǎng)隨即改變，可實(shí)現(xiàn) 流場(chǎng)主動(dòng)控制。如圖6(B)，釆用小孔出液口將顯著緩和電解液前沖效應(yīng)，在出 液口近端流場(chǎng)穩(wěn)定、流量大，解決了流場(chǎng)中的缺液區(qū)問題。同時(shí)，在加工貫穿通 道零件時(shí)，采用本發(fā)明的雙排群孔電極17，如圖7(D-F),該結(jié)構(gòu)可控制電解液 按指定角度噴向毛坯側(cè)壁，使工具電極在流場(chǎng)發(fā)生突變下仍能繼續(xù)加工，實(shí)現(xiàn)無 需犧牲層直接加工貫穿通道。因此，與傳統(tǒng)電解開槽工具相比，具有顯著優(yōu)勢(shì)。
2、 本發(fā)明為扭曲、狹窄的復(fù)雜通道提供了一種有效的加工方法，采用管徑 與待加工的槽或縫相適應(yīng)的細(xì)金屬管，通過運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化，可以避免切削加工易 出現(xiàn)的刀具干涉區(qū)。同時(shí)由于本發(fā)明具有電極制造簡(jiǎn)單，加工能粍低，電極批量 生產(chǎn)容易等優(yōu)點(diǎn)，可以使多電極同時(shí)加工成為可能。例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的整體葉 盤葉間通道的加工中，若能實(shí)現(xiàn)多條葉間通道同時(shí)加工，就可以大大縮短加工周 期，顯著提髙加工效率；
3、 本發(fā)明提供了一種曲線電極電解切割方法，依據(jù)待加工曲面，設(shè)計(jì)合適 的曲線電極，通過軌跡控制、流場(chǎng)優(yōu)化，完成各種復(fù)雜型面的加工。同時(shí)，由于 電解加工本身電極無損耗、加工與材料硬度無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，為大量難加工材料的復(fù)雜型面加工提供了一種新方法。例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣，由于其材料為難加工材料, 其體積大，傳統(tǒng)機(jī)械加工刀具磨損嚴(yán)重，效率低，若采用曲線電極電解去除大部
分加工余量，即可以節(jié)約成本，又能夠提高工作效率；
4、本發(fā)明提供了一種U型電極電解套料開槽方法，采用U型管電極代替?zhèn)?br> 統(tǒng)成型電極加工寬槽，可以實(shí)現(xiàn)較小的加工面積去除較大的加工余量，即降低了 加工時(shí)的電流量，又提高了加工效率。例如大型整體葉輪的葉間通道加工，通道 較寬，傳統(tǒng)電解加工受到電源限制無法加工，釆用切削加工刀具損耗量大，成本 高，去除余量時(shí)只能單個(gè)通道逐一成型，效率低。若應(yīng)用曲線電極套料電解開槽， 刀具無損耗、能節(jié)約大量能源和貴重金屬，成本顯著降低，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)多電極同
時(shí)加工，效率顯著提高；


圖l為單頭進(jìn)液電解加工工具示意圖。
圖2為雙頭進(jìn)液電解加工工具示意圖。 圖3為單頭進(jìn)液棒狀電極電解加工示意圖。 圖4為雙頭進(jìn)液曲線電極電解加工示意圖。 圖5為雙頭進(jìn)液U型電極電解加工示意圖。 圖6為縫狀與孔狀出液口流場(chǎng)比較圖。 圖7為不同結(jié)構(gòu)工具電極加工比較圖。
圖中標(biāo)號(hào)名稱1、單頭進(jìn)液管電極，2、單頭進(jìn)液管電極夾具，3、管電極 鎖緊螺母，4、夾具上與進(jìn)液管路連接部位，5、雙頭進(jìn)液管電極，6、雙頭進(jìn)液 管電極夾具，7、電解加工工件，8、電源正極，9、電源負(fù)極，10、電解液供液 系統(tǒng)，11、曲線雙頭進(jìn)液管電極，12、雙頭進(jìn)液管電極夾具，13、 U形雙頭進(jìn)液 管電極，14、縫狀出液口電極，15、零件毛坯，16、犧牲層金屬，17、雙列群孔出液口電極。 具體實(shí)施方法
實(shí)施本發(fā)明一一 "開槽電解加工方法及開槽工具"如圖l、 2所示，其包括 在面向加工表面具有規(guī)則排布小孔的成型金屬管電極單頭進(jìn)液管電極1和雙頭 進(jìn)液管電極5，管電極電解液進(jìn)液口與電極固定夾具單頭進(jìn)液管電極夾具2和 雙頭進(jìn)液管電極夾具6相連，通過電極鎖緊螺母3將電極和夾具固定。電解液從 電極固定夾具上的進(jìn)液接口直接沖入成型中空金屬管電極，工具電極接電源陰 極，零件接電源陽極，將這一套工具接入電解加工數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)，就可以進(jìn)行零 件的電解加工。
圖3所示為單頭進(jìn)液電解加工示意圖，其包括單頭進(jìn)液電極1和單頭進(jìn)液 管電極夾具7與電源負(fù)極9相連，被電解加工工件7與電源正極8相連，電解液 供液系統(tǒng)10將電解液從夾具的進(jìn)液口流入，從電極上的小孔中噴出，通過數(shù)控 進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的開槽加工。
圖4所示為雙頭進(jìn)液曲線切割電解加工示意圖，其包括將雙頭進(jìn)液管電極5
的兩頭進(jìn)液口分別與兩個(gè)單頭進(jìn)液電極夾具2相連，電極和夾具與電源負(fù)極相
連，被加工工件與電源的正極相連，電解液供液系統(tǒng)將電解液同步流入兩個(gè)單頭
進(jìn)液電極夾具的進(jìn)液口流入，通過數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)曲線電極電解加工。
圖5所示為雙頭進(jìn)液套料電解加工示意圖，其包括將U形雙頭進(jìn)液管電極
13與雙頭進(jìn)液管電極夾具12相連，電極和夾具與電源負(fù)極相連，被加工工件與 電源的正極相連，電解液供液系統(tǒng)將電解液從夾具的兩個(gè)進(jìn)液口同步流入，通過 數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)U型電極電解套料加工。
權(quán)利要求
1、一種開槽電解加工方法，其特征在于(1)、采用成型中空金屬管作為工具電極，其管壁上具有規(guī)則排布的出液群孔；(2)、在工作時(shí)，電解液流入中空金屬管并從管壁的小孔內(nèi)噴出，直接噴向零件被加工表面，形成正沖式流水方式；通過改變孔的分布控制流場(chǎng)；(3)、工具電極與電源負(fù)極相連，被加工工件與電源的正極相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的開槽電解加工方法，其特征在于采用單頭進(jìn)液 方式，即中空金屬管電極一端封閉，另一端為進(jìn)液口，電解液從進(jìn)液口流入，從小孔噴向加工面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開槽電解加工方法，其特征在于釆用雙頭進(jìn)液 方式時(shí)，即中空金屬管電極兩端都為進(jìn)液口，電解液從兩端進(jìn)液口同時(shí)流入，從 小孔噴向加工面。
4、 一種開槽電解加工工具，其特征在于包括進(jìn)液管電極、用于連接進(jìn)液 管電極與電解液供液管道的進(jìn)液管電極夾具，上述進(jìn)液管電極管壁上具有規(guī)則排 布的出液群孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的開槽電解加工工具，其特征在于所述進(jìn)液管電 極一端開口一端封閉，開口端安裝于進(jìn)液管電極夾具上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的開槽電解加工工具，其特征在于所述進(jìn)液管電 極兩端均開口，兩開口端分別與一進(jìn)液管電極夾具相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的開槽電解加工工具，其特征在于所述進(jìn)液管電 極為直行型。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的開槽電解加工工具，其特征在于所述進(jìn)液管電 極為曲線型。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的開槽電解加工工具，其特征在于所述進(jìn)液管電 極為U型且兩端均開口，兩開口端分別與一進(jìn)液管電極夾具相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種開槽電解加工方法及開槽工具，屬于電解加工技術(shù)領(lǐng)域。該方法，其特征在于(1)采用成型中空金屬管作為工具電極，其管壁上具有規(guī)則排布的出液群孔；(2)在工作時(shí)，電解液流入中空金屬管并從管壁的小孔內(nèi)噴出，直接噴向零件被加工表面，形成主動(dòng)控制流場(chǎng)的正沖式流水方式；(3)工具電極與電源負(fù)極相連，被加工工件與電源的正極相連。該開槽電解加工工具，其特征在于包括進(jìn)液管電極、用于連接進(jìn)液管電極與電解液供液管道的進(jìn)液管電極夾具，上述進(jìn)液管電極管壁上具有規(guī)則排布的出液群孔。本電極可以實(shí)現(xiàn)曲線切割、套料，扭曲窄縫成型等加工，由于電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工時(shí)耗電量少，適合多電極同時(shí)加工，可顯著提高加工效率。
文檔編號(hào)B23H9/14GK101524778SQ20091002580
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者嘉 劉, 荻 朱, 朱增偉 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)