CN101612685B - 异型孔电解加工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型孔高效电解加工方法及其装置，其装置特点在于采用一结构简单、安装方便的背压装置，电解液从工件毛坯预孔中流入，从工件与背压套的缝隙中流出，靠行程阻力自然形成背压，且背压大小随着阴极进给不断增加，使得能够显著提高加工速度，并能够保持流场的稳定性。工件毛坯预孔大小根据公式(1)确定，背压套内径尺寸根据公式(2)确定。

Description

异型孔电解加工系统及方法 

一、技术领域

本发明涉及一种异型孔电解加工系统及工艺方法，属于电解加工技术领域。 

二、背景技术

目前很多异型孔结构越来越多存在于家用电器、航天航空、大型设备和模具制造等领域中，例如，异型槽、异型销孔、异型管等。异型孔的加工精度、质量、效率对产品的性能、质量和加工成本有很大的影响。 

由于其结构的特殊性，对其加工制造带来很大困难，传统的异型孔加工方法有数控铣削、精密冲裁、电火花线切割、电火花成型加工等。数控铣削由于受到刀具可达性和铣刀半径的限制，对一些较深窄的异型孔很难甚至无法加工；精密冲裁大多数用于板材上异型孔的加工，对于许多较深且结构复杂的异型孔并不适用，而且所有的传统加工都会受到材料硬度的限制；电火花线切割同样只适用于倾角不大的具有直纹型面的异型孔加工；采用电火花加工，效率很低，工具电极制造成本较高，且在加工中存在电极损耗，加工表面存在微裂纹及热影响层。 

电解加工是利用金属电化学阳极溶解的原理来实现工件加工成型的一种工艺方法，相对于其他方法，电解加工有以下优点：1、工具阴极无损耗；2、生产效率高；3、加工表面质量好；4、与材料硬度无关。 

但是电解加工也存在本身的一些不足，例如加工精度很难提高，由于存在杂散腐蚀对于一些尖棱尖角处难以成型；为了保证加工中流场的稳定，夹具的设计往往较为复杂。 

三、发明内容

1、发明目的：本发明的目的在于针对现有的异型孔加工工艺技术的不足，提出一种高精度、低成本的某一类异型孔电解加工方法，并提供了该方法专用的一套结构简单、流场稳定的加工装置。 

2、技术方案：为了达到上述的发明目的，设计了一套如图1所示的加工装置，采用成型阴极轴向送进，工件内腔型面靠阴极侧面基于电化学阳极溶解原理加工成形，工件毛坯根据要加工异型孔尺寸要求，以异型孔最小尺寸并留有一定余量加工一预孔，电解液从工件毛坯预孔中流入，从工件与背压套的缝隙中流出，靠行程阻力自然形成背压，且背压大小随着阴极的进给而逐渐增大，使得能够显著提高加工速度，并能够保持流场的稳定性。工件毛坯预孔大小根据公式(1)确定，背压套内径尺寸根据公式(2)确定，其中，φ₁为工件毛坯预孔直径，φ₂为工件外径，φ_T2异型孔最大端尺寸，φ_T1异型孔最小端尺寸，L为异型孔长度，δ为考虑材料杂散腐蚀程度的系数，一般取0.5～1mm，φ为背压套内径。

${\mathrm{\φ}}_1={\mathrm{\φ}}_{T1}-\frac{\mathrm{\δ}({\mathrm{\φ}}_{T2}-{\mathrm{\φ}}_{T1})}{L}---\left(1\right)$

$\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_2+\frac{{\mathrm{\φ}}_1^2({\mathrm{\φ}}_{T2}-{\mathrm{\φ}}_{T1})}{16{\mathrm{L\φ}}_2}---\left(2\right)$

3、有益效果：(一)本发明中的加工装置结构简单可靠、便于操作、制造成本低；本发明中针对采用成型阴极电解加工复杂型腔中流场难以稳定的难题，创新设计了一结构简单、安装方便的背压套，加工过程中，电解液由工件预孔中流入加工区，采用了侧向流动的方式，然后由工件和背压套配合间隙中流出，靠行程阻力自然形成背压，且背压大小能够随加工面积的增大而增大，使得加工区流场保持稳定，从而保持了加工过程的稳定性、可靠性。由于该加工装置结构简单，易于设计和制造，其关键尺寸可根据待加工工件的尺寸形状计算得到，采用此方法可有效缩短研制周期、降低生产成本。(二)本发明的加工工艺方法采用了先在工件毛坯上加工预孔，然后采用远高于端面进给时的进给速度靠工具阴极侧面进行加工，冲液方式采用了侧向流动，相对于反向流动方式，省去了复杂工装夹具的设计，相对于正向流动方式，其进给速度可以更高。(三)本发明中给出的背压套及工件毛坯预孔关键尺寸设计方法简单实用，已在一典型异型孔的电解加工中得到了成功验证，其加工过程非常稳定，借助于脉冲电源，加工的异型孔尺寸精度可达±0.02mm，表面粗糙度可达Ra0.8μm以下。 

四、附图说明

图1是异型孔电解加工工艺装置整体结构示意图 

图2是工件及背压套尺寸关系示意图 

图1中标号名称：1、脉冲电源，2、工件连杆，3、工件，4、背压套，5、成型阴极，6、压紧螺钉，7、导电压板，8、固定块，9、工作箱，10、阴极连杆，11、调整垫片，12、工作台，13、回液管，14、电解液槽，15、过滤器，16、输液泵，17、溢流调压阀，18、球阀，19、压力表，20、进液管。 

五、具体实施方案：

如图1所示实现本电解加工工艺的装置包括电源1、工件连杆2、工件3、背压套4、成型阴极5、压紧螺钉6、导电压板7、固定块8、阴极连杆10、调整垫片11和工作台12，将导电压板7压在固定块8上，并通过压紧螺钉6压紧在工作台12上；阴极连杆10一端连接成型阴极5，另一端连接固定块8，阴极5与阴极连杆10的轴肩之间有调整垫片11，并通过螺纹将背压套4压紧在固定块8上，加工时工件3与背压套4同轴，且 

工件3通过螺纹与工件连杆2相连，电解液由工件连杆2进入工件3的预孔中，然后由背压套4与工件3的缝隙中流出，依靠行程阻力自然形成背压，且背压大小随进给量的增大而增大；脉冲电源1的正极与工件连杆2连接使其带有正电，负极与导电压板7连接使工具阴极带负电，在电流回路中，安装有测量电解加工电压、电流的电压表和电流表。 

本装置还包括电解液循环过滤系统，该电解液循环过滤系统包括工作箱9、回液管13、电解液槽14、输液泵16、溢流调压阀17、球阀18，将部件2～12(除工作箱9)置于工作箱9内，进液管20与工件连杆2连接，电解液槽14中的电解液依次经过输液泵16和球阀18，从进液管20进入工件连杆2，再由工件连杆2进入工件3的预孔中，通过工件3与成型阴极5形成的加工区后，电解液从工件3与背压套4的周向间隙中喷出，流入工作箱9底部，再经由回液管13回流至电解液槽14；电解液槽14与输液泵16之间安装过滤器15；溢流调压阀17设于球阀18与电解液槽14之间，调节电解液进口压力，并通过电解液循环过滤系统的压力表19来观察液压变化情况。 

Claims (2)

1.一种异型孔电解加工系统，其特征在于：

包括脉冲电源(1)、电解液循环过滤系统、工作箱(9)、工作台(12)、工具阴极(5)、阴极夹具、工件(3)、工件夹具；

上述工件夹具包括用于与电源正极相连的工件连杆(2)，工件连杆(2)具有与工件毛坯预孔相通的中空通道，电解液循环过滤系统的进液管(20)直接伸入工件连杆(2)内；

上述阴极夹具包括阴极连杆(10)、背压套(4)、固定块(8)和导电压板(7)；其中固定块(8)安装于工作台(12)上，阴极连杆(10)一端连接工具阴极(5)，另一端安装于固定块(8)上，背压套(4)安装于阴极连杆(10)上，通过工具阴极(5)与阴极连杆(10)之间的螺纹压紧在固定块(8)上，背压套(4)的开口朝向工件(3)，并使工具阴极(5)位于其腔体中央，固定块(8)上还安装有用于与电源负极相连的导电压板(7)。

2.利用权利要求1所述异型孔电解加工系统的加工方法，其特征在于：

(1)、安装时需满足工件(3)与背压套(4)的

(2)、加工时电解液从工件(3)预孔中流入，从工件(3)与背压套(4)的缝隙中流出，靠行程阻力自然形成背压，且背压大小随着阴极的进给而逐渐增大，使得能够显著提高加工速度，并能够保持流场的稳定性；

(3)、工件毛坯预孔和外径大小及背压套内径尺寸是保证加工过程中形成背压，确保流场稳定并能够提高进给速度的关键，其中工件毛坯预孔大小根据公式(1)确定，背压套内径尺寸根据公式(2)确定：

${\mathrm{\φ}}_1={\mathrm{\φ}}_{T1}-\frac{\mathrm{\δ}({\mathrm{\φ}}_{T2}-{\mathrm{\φ}}_{T1})}{L}---\left(1\right)$

$\mathrm{\φ}={\mathrm{\φ}}_2+\frac{{\mathrm{\φ}}_1^2({\mathrm{\φ}}_{T2}-{\mathrm{\φ}}_{T1})}{16{\mathrm{L\φ}}_2}---\left(2\right)$

其中，φ₁为工件毛坯预孔直径，φ₂为工件外径，φ_T2异型孔最大端尺寸，φ_T1异型孔最小端尺寸，L为异型孔长度，δ为考虑材料杂散腐蚀程度的系数，φ为背压套内径。

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