[发明专利]开槽电解加工方法及开槽工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的开槽电解加工方法及开槽工具，属于电解加工技术领域。

背景技术

电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法。具有工具无损耗、成本低、生产效率高、加工表面质量好、与材料硬度无关等优点。因此，电解加工在难加工材料零件、复杂形状以及薄壁零件的加工中具有显著优势。

随着航空工业的不断发展，大量复杂、薄壁零件都采用难加工材料，尤其是航空发动机零件中，发动机整体叶盘、机匣都采用高温合金、钛合金等难加工材料。同时该类零部件结构复杂，加工精度要求高，其制造技术已经成为世界共同关注的难题。在航空发动机整体叶盘的加工中，为了形成扭曲的叶间通道，要重复进行数十次开槽加工。目前传统的开槽加工方法主要有金属切削加工、电解加工、电火花加工以及电火花线切割等。航空发动机零件多采用难加工材料，切削加工刀具消耗量大，成本高，针对某些窄通道叶盘类零件还存在刀具无法加工的干涉区。电火花加工，加工效率低，电极损耗大，加工表面会形成再铸层和微裂纹。电火花线切割中，金属丝在加工中均为绷紧的直线，所以一般只能实现直线展成曲面加工，无法进行复杂曲面加工。电解加工则凭借工具无损耗、成本低、生产效率高、加工表面质量好、与材料硬度无关等优点，在难加工材料的开槽加工中具有突出的优势。

以往的电解加工开槽手段，通常采用横截面是三角形或者矩形的成型中空电极，采用缝状出液口(见文章“康敏、徐家文‘精密展成电解加工整体叶轮的阴极设计’工具技术，2001(10)，21-23”以及“朱永伟、胡平旺、徐家文‘整体叶轮数控展成电解加工阴极的设计’航空精密制造技术，2000(6)，25-27”)。上述电极形状复杂，加工困难，试验准备周期长。由于电解液流动时具有前冲效应，采用缝状出液口，如图6(A)所示，会出现出液口远端流量远大于近端的现象，近端由于流量小常出现缺液区，无法及时带走加工产物，因此常在近端易发生短路，导致工件和电极损伤。该类结构工具电极在加工贯穿通道时，如图7(A-B)，在工具电极14加工到零件贯穿时，电解液直接从贯穿通道流走进而无法流经待加工的侧壁区域，使原有流场遭到破坏，加工将无法继续，因此，如图7(C)必须在零件毛坯15下增设金属牺牲层16来维持流场不变。同时，在加工大型或槽通道过宽的零件时，将通道余量全部去除会出现加工面积过大，导致加工电流过大。因此，有必要设计结构简单，可主动控制流场，即能够适应扭曲窄槽加工，又能适应宽槽加工的工具电极。

发明内容

本发明目的在于克服金属切削难以加工的扭曲窄槽，电火花开槽效率低、表面质量差，电火花线切割无法加工非直纹展成曲面以及传统电解开宽槽耗能大、阴极加工难等不足，提供一种开槽电解加工方法及开槽工具。使其既能实现扭曲窄槽加工，又能实现大余量去除的宽槽加工。

一种开槽电解加工方法，其特征在于：(1)、采用成型中空金属管作为工具电极，其管壁上具有规则排布的出液群孔；其孔径、位置根据工具电极形状和加工轨迹择优排布。(2)、在工作时，电解液流入中空金属管并从管壁的小孔内喷出，直接喷向零件被加工表面，形成正冲式流水方式；通过改变孔的分布控制流场；(3)、工具电极与电源负极相连，被加工工件与电源的正极相连；(4)、采用单头进液或双头进液，在数控传动装置驱动下，完成曲线切割、套料，扭曲窄缝成型等加工。

上述开槽电解加工方法，采用单头进液方式，即中空金属管电极一端封闭，另一端进液，电解液从进液口流入，从小孔喷向加工面。

上述的开槽电解加工方法，采用双头进液方式时，即中空金属管电极两端都为进液口，电解液从两端进液口同时流入，从小孔喷向加工面。

一种开槽电解加工工具，其特征在于：包括进液管电极、用于连接进液管电极与电解液供液管道的进液管电极夹具，上述进液管电极管壁上具有规则排布的出液群孔。

上述进液管电极为直行型，也可以为曲线型、U型。

本发明的有益效果在于

1、本发明提供了一种主动控制流场的电解开槽工具，采用孔作为出液口，可以强迫电解液从指定位置的小孔喷出，改变孔的位置，流场随即改变，可实现流场主动控制。如图6(B)，采用小孔出液口将显著缓和电解液前冲效应，在出液口近端流场稳定、流量大，解决了流场中的缺液区问题。同时，在加工贯穿通道零件时，采用本发明的双排群孔电极17，如图7(D-F)，该结构可控制电解液按指定角度喷向毛坯侧壁，使工具电极在流场发生突变下仍能继续加工，实现无需牺牲层直接加工贯穿通道。因此，与传统电解开槽工具相比，具有显著优势。