[发明专利]一种短电弧-电化学复合铣削钛合金加工方法及系统

说明书

本发明公布了一种短电弧‑电化学复合铣削钛合金加工方法及系统，涉及特种加工领域，在电极和工件之间接入直流电源，具有一定压力的空气和电解液从工具电极的内孔冲入加工间隙。在空气作用下，改善了间隙流场的流速，加快极间电蚀产物快速排出放电区域以减少再铸层的形成，同时具有较高绝缘强度的空气产生电弧放电大余量去除工件材料；当超过放电间隙后，在直流电源作用下，利用电解液的导电特性进行电化学加工，改善钛合金的易钝化属性，增强电化学溶解效率，对短电弧加工遗留的较厚的再铸层进行去除。本发明实现了短电弧加工和电化学加工在同一台机床上同步加工，对实现钛合金工件的高效率高表面质量加工有重要意义。

技术领域

本发明涉及特种加工领域，具体一种短电弧-电化学复合铣削钛合金加工方法及系统。

背景技术

钛合金因其具有较高的比强度，耐腐蚀性和高温性能被广泛应用于航空航天、海洋化工、医疗等领域。然而由于该材料的固有特性，如导热性能差和弹性模量低等，使传统的机加工无法满足钛合金的加工要求。目前的非常规加工工艺中，短电弧加工的电极与工件采用非接触式加工，不受材料机械性能的限制，对钛合金的加工适应性强。

短电弧加工利用电热效应去除工件材料，具有极高的脉冲能量，虽然加工效率较高，但加工后的材料表面存在明显的再铸层，严重影响材料的使用性能。通常要对加工后的表面进行电化学加工去除再铸层以达到材料使用要求。因此，对于一批工件的加工，需要在两台及以上不同的设备上进行，增加了生产成本，降低了加工效率。且钛合金属于易钝化金属，使用脉冲电源时，钛合金易在脉冲间隔中形成熔点更高的氧化层，使电化学腐蚀效率降低。这些因素极大限制了钛合金的生产和应用，因此，探究高效率高质量的钛合金的加工工艺具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种短电弧-电化学复合铣削钛合金加工方法及系统，使用直流电源的短电弧-电化学复合加工可实现短电弧和电化学的同步加工，利用不间断的直流电弧大余量去除材料和氧化层，并通过电化学作用去除短电弧加工后遗留的再铸层问题，以此减少加工工序，实现高效率高质量的钛合金加工。

本发明采用的一种短电弧-电化学复合铣削钛合金加工方法及系统，包括：

在电极和工件之间接入直流电源，且正极接工件，负极接管状工具电极，具有一定压力的空气和电解液从工具电极的内孔中冲入加工间隙。高速流动的压缩空气改善了间隙流场的流速，并在放电间隙内产生电弧放电大余量蚀除工件材料，当电极继续进给，超过放电间隙后，具有导电特性的电解液在直流电源的作用下进行电化学加工溶解短电弧加工后遗留的再铸层。

进一步地，所述的空气为高速流动的压缩空气，压力控制在0.1MPa~0.6MPa。

进一步地，所述的电解液为NaNO₃、NaCl、NaClO₃、NaSO₄中的一种或几种的组合。

进一步地，所述的电解液浓度为1%~5%，并与蒸馏水配制而成。

进一步地，所述的工具电极为Cu、Zn、Wu、304不锈钢等金属电极或惰性石墨电极。

进一步地，电极的进给速度为2mm/s~30mm/s。

进一步地，间隙电压由所述的直流电源提供，电压范围为15V~35V。

进一步地，所述的管状电极在加工过程中是旋转的，转速为500rpm~3500rpm。

本发明的有益效果：

1.本发明采用一种短电弧-电化学复合铣削钛合金加工方法及系统，实现了短电弧铣削加工和电化学加工在一台机床上同步进行，利用短电弧加工大余量去除工件材料，并不间断去除材料表面难熔氧化层，当超过放电间隙后，通过电化学溶解短电弧加工后工件表面遗留的再铸层，可实现钛合金这种易钝化金属的高效高质量加工。