CN101733491B - 电解加工复杂机匣型面的方法 - Google Patents

Abstract

电解加工复杂机匣型面的方法，按以下步骤进行：(1)将锻件坯料安装在夹具上，锻在夹具上设置分度盘，通过分度盘将圆环型的锻件坯料加工区域按最小加工单元分度；(2)根据分度盘确定的块的位置，确定该位置采用的电极；(3)采用电解加工机床对圆环型锻件坯料进行电解加工，电解加工的工作参数为：加工间隙0.1～0.8mm，电极进给速度0.25～1.5mm/min，加工电压15～20V，电解液为质量浓度15～18％的NaCl水溶液，电解液的温度为30～40℃，电解液的液压为4.5～1.5MPa。本发明的方法可采用同一个电极加工具有相同几何形状的区域，电极利用率高；本发明的方法可用于各种大型发动机机匣制造，具有广阔的应用前景。

Description

电解加工复杂机匣型面的方法

技术领域

本发明涉及机匣型面的加工方法，特别涉及一种电解加工复杂机匣型面的方法。

背景技术

电解加工(ECM)是利用金属在电解液中电化学阳极溶解的原理，获得具有一定尺寸精度和表面粗糙度的零件成型方法。电解加工技术在发动机叶片加工、模具加工等领域已经广泛应用，但目前还未见国内有关电解加工发动机大型机匣壳体的资料记载。

航空发动机大型机匣壳体的电解加工技术具有广泛的应用前景，但这项技术研究目前在我国还是一项空白。该项技术不仅仅适用于军机生产，还可用于大型民机制造，特别是高温耐热合金材料的机匣壳体，如采用多轴数控铣铣削成型，需去除大量材料，一般达到毛坯重量1/2以上，材料切削困难，刀具消耗量大，铣削后材料表面残余应力大，对于机床的使用寿命影响较大。应用机匣电解加工技术更适于发挥工艺特长，加工不受材料硬度限制，理论上电极不损耗，电解液经处理可循环利用，加工中不产生应力，可简化加工的工艺过程，并可用一个电极加工机匣具有多处相同部分的型面，电极有较高的利用率，采用电解加工成型具有很大的优势。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种电解加工复杂机匣型面的方法，目的在于通过电解加工的方法，将圆环型锻件坯料制备成机匣零件。

本发明的方法采用圆环型锻件制备机匣零件，按以下步骤进行：

1、将锻件坯料安装在夹具上，锻件坯料的上下端面分别作为基准面和夹紧面，同时夹紧面作为导电面，在夹具上设置分度盘，通过分度盘将圆环型的锻件坯料加工区域按最小加工单元分度，根据角度大小，把整个外型面分成若干个加工区域，即把整个外型面分成许多块，一般最大块的加工面积≤200cm²，将具有相同几何形状和尺寸大小的块即相同的块分为一组；夹具的分度精度≤1′。

2、根据分度盘确定的块的位置，确定该位置采用的电极，型面电极前端工作面的形状与所对应的型面区域形状相似，加工凸台的电极结构是在型面电极的基础上中间凹下一部分形成。

上述电极的工作面上设有出水口，出水口为直线等距型或曲线增液型，其中直线等距型出水口的两个长边的距离相等，两个长边的距离为1～3mm，出水口的深度为10～17mm，沿出水口周边倒圆，倒圆半径为0.5～1.5mm；曲线增液型出水口包括两个距离相等的长边和两端的圆孔，两个长边的垂直距离为1～3mm，两端的圆孔直径为2.5～4.5mm，圆孔与长边之间有过度圆弧，过度圆弧分别与相邻的长边和圆孔相切。

上述的电极工作面上的出水口按水平方向、竖直方向布置或按对角线方向布置，一个工作面上至少设有一个出水口。

上述电极尺寸的确定，采取向体原则。即以电极为一实体，以零件尺寸为基础，设计电极尺寸，电极尺寸向实体内收缩。电极的前端工作面尺寸大于零件尺寸，增大量Δ1，Δ1＝0.1～1mm。电极侧向工作面的尺寸小于零件的尺寸，减小量Δ2，Δ2＝0.15～1.5mm，在电极侧面与进给方向之间有夹角A，零件表面与进给方向之间有夹角B，A和B之间有一个角度差为内偏角β，β＝1°～6°。上述电极为具有工作带的电极，工作带尺寸同样小于零件的尺寸，缩进量t，t＝0.15～3.5mm，工作带的宽度为3～7mm，工作带还可具有2°～5°的后倾角；上述的电极表面粗糙度为0.8～1.6μm。

3、采用电解加工机床对圆环型锻件坯料进行电解加工，在动力头上安装电极，安装电极后启动电源，并接通电解液进行加工，电极相对于圆环型锻件坯料以设定的速度做直线进给运动，达到预定深度后停止，电极退回到起始位置；电解加工的工作参数为：加工间隙0.1～0.8mm，电极进给速度0.25～1.5mm/min，加工电压15～20V，电解液为质量浓度15～18％的NaCl水溶液，电解液的温度为30～40℃，电解液的液压为4.5～1.5MPa。

上述的通过分度盘确定每个块的位置时，分度盘上设有设置分度孔，同时在夹具底座上设置一个定位孔，分度盘上的分度孔与夹具底座上定位孔通过定位销定位。进行电解加工时，相同的块采用同一个电极，分为一组，采用同一个定位销。各组之间采用不同直径的定位销。定位销与电极之间有对应的关系，能够有效避免加工时用错电极。

上述的电解加工时，采用电极对圆环型锻件坯料的一个型面区域加工完成后，电极退回到起始位置，再转动分度盘到下一个加工位置，分度盘上的定位孔与夹具上的定位孔对正后，用定位销固定，选用该位置的电极按步骤3的方法进行电解加工。

本发明采用电解加工方法，通过在夹具上设置分度盘将锻件坯料分成多个块，将同类型的块分为一组，对应不同块选用不同的电极，选用同一个电极对锻件坯料的同一组块进行电解加工，同时通过调整电解加工参数，实现对机匣零件的电解加工制备；本发明通过在分度盘的分度孔和在夹具底座上设置定位孔，并用圆柱销定位的方法，采用不同定位销确定不同组的块，能够在加工复杂型面的机匣零件时起到避免出错的效果；本发明的电解加工方法采用的电极按不同的加工块型面的几何特徵，设置成型面电极或凸台电极，在电极的工作面上按不同方式设置出水口，根据工件的不同形状、尺寸选择不同的出水口数量和布置方式，能够有效保证电解液流量稳定、流场分布均匀。本发明提出了确定电极工作型面几何尺寸的方法。

本发明的方法能够有效解决目前制备发动机大型机匣壳体的技术难题，避免了机械加工加工成本高，加工周期长，加工应力大等缺点，同时发挥电解加工特长，加工不受材料硬度的限制，理论上电极不损耗，电解液经处理后能够循环使用，加工过程中不产生应力，可以简化加工过程。可采用同一个电极加工具有相同几何形状的区域，电极利用率高；本发明的方法可用于各种大型发动机机匣制造，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中的电解加工安装方式结构示意图；

图2为本发明的出水口为直线等距型对角线的型面电极结构示意图；

图3为本发明的出水口直为线等距型横向的凸台电极结构示意图；

图4为本发明的出水口为曲线增液型的型面电极结构示意图；

图5为本发明的多个直线等距型出水口的型面电极结构示意图；

图6为多个直线等距型出水口的型面电极的侧视剖面结构图；

图7为本发明实施例中采用的型面电极各种尺寸示意图；

图8为图8的俯视图；

图9为本发明实施例中的型面电极后倾角设置方式结构示意图；

图10为本发明实施例中直线等距型出水口结构示意图；

图11为本发明实施例中曲线增液型出水口结构示意图；

图12为本发明实施例1中的坯料结构示意图；

图13为本发明实施例1中的机匣零件结构示意图；

图14为本发明实施例1中的电解加工时型面分度、分块电极对应关系示意图；

图15为图14的K-K面剖面示意图；

图16为图14的L-L面剖面示意图；

图17为本发明实施例2中的锻件坯料结构示意图；

图18为本发明实施例2中的机匣零件结构示意图；

图19为本发明实施例1中的电解加工时型面分度、分块电极对应关系示意图。

图中1、电极，2、被加工工件，3、夹具，4、导电板，5、分度盘，6、分度盘定位孔，7、定位销，8、型面电极对角线方向布置的直线等距型出水口，9、凸台电极水平方向布置的直线等距型出水口，10、型面电极的工作带，11、绝缘板，12、型面电极水平方向布置的曲线增液型出水口，13、相切过渡圆弧，14、端圆弧，15、环形凸缘，16、短纵向凸缘，17、纵向凸缘，18、1#电极，19、2#电极，20、3#电极，21、4#电极，22、回液槽，23、大凸台，24、小凸台，25、5#电极，26、6#电极，27、7#电极，28、8#电极，29、9#电极，30、10#电极，α、后倾角，β、内偏角，b1、直线等距型出水口宽度，b2、曲线增液型出水口宽度，Δ1、端面增大量，Δ2、侧面减小量，Φ1、直线等距型出水口两端圆弧半径，Φ2、曲线增液型出水口圆孔半径，r、倒圆半径，s、工作带宽度，t、工作带缩进量，d、出水口深度，l、出水口长度，v进给方向。

具体实施方式

以下为本发明优选实施例。

本发明实施例中采用的电解加工机床为卧式电解加工机床，电源额定电压0～24V，电流为10000～20000A直流/脉冲电流，电解液输液系统流量45T/h，输液压力1.6MPa。

本发明实施例中采用的夹具承重为0.5～1T。

本发明实施例中采取机匣型面加工的分度、分块、分组和分工序方法。把机匣的型面按照最小加工单元形分度，再根据分度的角度大小，将机匣整个型面分成若干个加工区域，即瓜分为许多块，把具有相同几何形状和尺寸大小的块分为一组，同组内的块采用相同的加工工序。一般最大块的加工面积≤200cm²

本发明实施例中电极进行电解加工时，电极前端工作面，与前端工作面相邻的侧向工作面，同时参加电化学反应。电极尺寸的确定与电解加工中各种因素相关。电极尺寸的确定，采取向体原则。即以电极为一实体，以零件尺寸为基础，修正电极尺寸，电极尺寸向实体内收缩。电极的前端工作面尺寸大于零件尺寸，增大量Δ1，Δ1＝0.1～1mm。电极侧向工作面的尺寸小于零件的尺寸，减小量Δ2，Δ2＝0.15～1.5mm，在电极侧面与进给速度之间有夹角，零件表面与进给速度之间有夹角，二者之间有一个角度差为内偏角β，β＝1°～6°。具有工作带的电极，工作带尺寸同样小于零件的尺寸，缩进量t，t＝0.15～3.5mm，工作带的宽度为3～7mm，工作带还可具有2°～5°的后倾角；

本发明实施例中采用的电极材质为不锈钢或铜钨合金。

本发明实施例加工圆环型机匣壳体的外廓尺寸为(Φ500mm-Φ1500mm)×500mm。

实施例1

圆环型锻件坯料结构如图12所示。圆环型锻件坯料的材质为GH907，热处理HB≥285，重量90kg，外形为圆环型表面，车削加工成形，直径572mm，表面粗糙度为Ra6.3μm。

机匣零件结构如图13所示，外表面有2个环形凸缘15，1个短纵向凸缘16，2个纵向凸缘17以机匣零件轴线对称分布。电解加工深度15mm，表面粗糙度值Ra1.6μm。

机匣型面的分度、分块见图14、15、16所示，选用的电极与块相对应。机匣外型面分为上、下两部分加工，见K-K剖面，工件上半部份，分为角度相等的10块，用1#电极加工，分度后用1#销定位，电解加工面积128.2cm²。编为第一组，用工序1加工，加工10次。见L-L剖面，工件下半部份，分为10块，其中5块与上半部份角度相同，用2#电极加工，分度后用1#销定位，电解加工面积62.8cm²。编为第二组，用工序2加工，加工5次。另4块分度角度相等，用3#电极加工，分度后用3#销定位，电解加工面积64cm²。编为第三组，用工序3加工，加工4次；剩下1块用4#电极加工，分度后用4#销定位，电解加工面积51.6cm²。编为第四组，用工序4加工，加工1次。

电解加工装置见图1所示，电极接电源的负极，电极接通机床的电解液系统。工件通过导电板接电源的正极。

夹具结构如图1所示，夹具的分度精度1′，夹具的分度盘用圆柱销定位，1#销直径Φ18mm，2#销直径Φ16mm，3#销直径Φ20mm，夹具的承重量0.5T。

将坯料固定在夹具上，结构如图2所示，将工件2(坯料)的底端面作为基准面，顶端面作为夹紧面和导电面，工件2顶端连接导电板4，夹具3设有分度盘5，分度盘5上有定位圈，工件2底部安装在定位圈上。分度盘5上设有分度孔6，分度孔6与夹具底盘定位孔通过定位销定位。

1#定位销直径Φ18mm，2#定位销直径Φ16mm，3#定位销直径Φ20mm，夹具的承重量0.5T。

1#电极结构如图6所示，电极的工作面上设有3处直线等距型出水口，出水口水平方向布置，相邻的两个出水口之间设有回液槽，回液槽深度7mm，宽度1.5mm；出水口的宽度b1＝1.5mm，深度d＝15mm，沿出水口周边倒圆，倒圆半径r＝0.5mm，表面粗糙度Ra 0.8μm。电极的前端工作面尺寸增大量Δ1＝0.3mm。电极侧向工作面的尺寸减小量Δ2＝0.5mm，内偏角β＝5°。工作带尺寸缩进量t＝1.5mm，工作带的宽度为s＝5mm，后倾角α＝2.5°。

2#、3#和4#电极均有1处横向曲线增液出水口。出水口的宽度b1＝2mm，深度d＝15mm，沿出水口周边倒圆，倒圆半径r＝0.5mm，表面粗糙度Ra 0.8μm。两端的圆孔直径为Φ3mm，，圆孔与长边之间过度圆弧R＝16mm。电极的前端工作面尺寸增大量Δ1＝0.25mm。电极侧向工作面的尺寸减小量Δ2＝0.5mm，角度差β＝5°。工作带尺寸缩进量t＝1.5mm，工作带的宽度为s＝5mm，后倾角α＝2.5°。

电极型面表面粗糙度Ra 0.8μm。

电解液的成分为单一电解质组分NaCl的水溶液，质量浓度为16％～18％，电解液温度为35℃±2℃，电解液的液压力为0.55MPa～0.6MPa。

工序1加工参数：加工电压为16V，加工间隙为0.3mm，进给速度为0.5mm/min。工序2加工参数：加工电压为16V，加工间隙为0.25mm，进给速度为0.45mm/min。工序3加工参数：加工电压为16V，加工间隙为0.25mm，进给速度为0.42mm/min。工序4加工参数：加工电压为16V，加工间隙为0.25mm，进给速度为0.48mm/min。

电解加工时将机匣安装在夹具上，动力头安装该工序用电极，选用该工序用圆柱销定位，按工序加工。启动电源，接通电解液，电极相对工件做直线进给运动开始加工，到指定深度，电极退回到起始位置，同时断电、断液。进行下一工步，重复以上工作，直到完成整个型面加工。

实施例2

圆环形锻件坯料结构同实施例1。

机匣零件结构同实施例1。

机匣型面加工的分度、分块、分组和分工序同实施例1。

锻件坯料在夹具上的固定方式及定位方式同实施例1。

不同点在于：1#电极有1处横向曲线增液出水口。出水口的宽度b1＝2mm，深度d＝15mm，沿出水口周边倒圆，倒圆半径r＝0.5mm，表面粗糙度Ra 0.8μm。两端的圆孔直径为Φ3mm，圆孔与长边之间过度圆弧R＝30mm。电极的前端工作面尺寸增大量Δ1＝0.3mm。电极侧向工作面的尺寸减小量Δ2＝0.5mm，内偏角β＝5°。工作带尺寸缩进量t＝1.5mm，工作带的宽度为s＝5mm，后倾角α＝2.5°。

电极型面表面粗糙度Ra 0.8μm。

实施例3

毛坯结构如图17所示。毛坯材质为GH706镍基高温合金，热处理HB≥285，毛坯重约85kg。锥体大端圆的直径为Φ720mm，高度158mm，锥度10°。车削加工成型，表面粗糙度值Ra3.2μm。

机匣零件结构如图18所示。外环型面上有形状相同的大方型凸台2个，小方形凸台1个，它们之间沿周向不同角度分布，纵向凸缘2处对称分布，上、下端各有环形凸缘1处。电解加工深度15mm，表面粗糙度值Ra1.6μm。

机匣型面的分度、分块见图19所示。机匣外型面分16块，选用的电极与块相对应。5#电极编为第5组，用工序5加工，加工1次；6#电极编为第6组，用工序6加工，加工4次；7#电极编为第七组，用工序7加工，加工7次；8#电极编为第八组，用工序8加工，加工1次；9#电极用于加工大凸台，编为第九组，用工序5加工，加工2次；10#电极用于加工小凸台，编为第十组，用工序10加工，加工1次。

对夹具的技术要求同实施例1。

5#、6#、7#、8#电极结构如图4所示，出水口形式如图6所示。电极的工作面上设有3处直线等距型出水口，出水口水平方向布置，相邻的两个出水口之间设有回液槽，回液槽深度5mm，宽度2mm；出水口的宽度b1＝2mm，深度d＝16mm，沿出水口周边倒圆，倒圆半径r＝1mm，表面粗糙度Ra 0.8μm。电极的前端工作面尺寸增大量Δ1＝0.6mm。电极侧向工作面的尺寸减小量Δ2＝0.6mm，内偏角β＝6°。工作带尺寸缩进量t＝2.5mm，工作带的宽度为s＝4.5mm，后倾角α＝3°。

9#、10#电极结构如图3所示。电极均有2处横向曲线增液出水口。出水口的宽度b1＝2mm，深度d＝16mm，沿出水口周边倒圆，倒圆半径r＝1mm，表面粗糙度Ra 0.8μm。两端的圆孔直径为Φ3mm，，圆孔与长边之间过度圆弧R＝50mm。电极的前端工作面尺寸增大量Δ1＝0.5mm。电极侧向工作面的尺寸减小量Δ2＝0.6mm，内偏角β＝6°。工作带尺寸缩进量t＝2.5mm，工作带的宽度为s＝4.5mm，后倾角α＝3°。

电极型面表面粗糙度Ra 0.8μm。

电解液的成分为单一电解质组分NaCl的水溶液，质量浓度为15％～17％，电解液温度为38℃±2℃，电解液的液压力为0.5～0.55MPa。

工序5、6、7、8加工参数：加工电压为15V，加工间隙为0.6mm，进给速度为0.35mm/min。工序9、10加工参数：加工电压为15V，加工间隙为0.5mm，进给速度为0.35mm/min。

加工过程同实施例1。

实施例4

坯料结构同实施例3。

机匣零件结构同实施例3。

机匣型面加工的分度、分块、分组和分工序同实施例3。

不同点在于：5#、6#、7#、8#电极有1处横向曲线增液出水口。出水口的宽度b1＝2.7mm，深度d＝16mm，沿出水口周边倒圆，倒圆半径r＝1mm，表面粗糙度Ra 0.8μm。两端的圆孔直径为Φ3.5mm，圆孔与长边之间过度圆弧R＝100mm。电极的前端工作面尺寸增大量Δ1＝0.6mm。电极侧向工作面的尺寸减小量Δ2＝0.6mm，内偏角β＝6°。工作带尺寸缩进量t＝2.5mm，工作带的宽度为s＝4.5mm，后倾角α＝3°。

Claims (2)

1.一种电解加工复杂机匣型面的方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将锻件坯料安装在夹具上，锻件坯料的上下端面分别作为基准面和夹紧面，同时夹紧面作为导电面，在夹具上设置分度盘，通过分度盘将圆环型的锻件坯料加工区域按最小加工单元分度，根据角度大小，把整个外型面分成若干个加工区域，即把整个外型面分成许多块，最大块的加工面积≤200cm²，将具有相同几何形状和尺寸大小的块即相同的块分为一组；(2)根据分度盘确定的块的位置，确定该位置采用的电极，型面电极前端工作面的形状与所对应的型面区域形状相似，加工凸台的电极结构是在型面电极的基础上中间凹下一部分形成；(3)采用电解加工机床对圆环型锻件坯料进行电解加工，在动力头上安装电极，安装电极后启动电源，并接通电解液进行加工，电极相对于圆环型锻件坯料以设定的速度做直线进给运动，达到预定深度后停止，电极退回到起始位置；电解加工的工作参数为：加工间隙0.1～0.8mm，电极进给速度0.25～1.5mm/min，加工电压15～20V，电解液为质量浓度15～18％的NaCl水溶液，电解液的温度为30～40℃，电解液的液压为4.5～1.5Mpa；所述的电极的工作面上设有出水口，出水口为直线等距型或曲线增液型，其中直线等距型出水口的两个长边的距离相等，两个长边的距离为1～3mm，出水口的深度为10～17mm，沿出水口周边倒圆，倒圆半径为0.5～1.5mm；曲线增液型出水口包括两个距离相等的长边和两端的圆孔，两个长边的垂直距离为1～3mm，两端的圆孔直径为2.5～4.5mm，圆孔与长边之间有过度圆弧，过渡圆弧分别与相邻的长边和圆孔相切。

2.根据权利要求1所述的电解加工复杂机匣型面的方法，其特征在于所述的电解加工时，采用电极对圆环型锻件坯料的一个型面区域加工完成后，电极退回到起始位置，再转动分度盘到下一个加工位置，选用该位置的电极按步骤(3)的方法进行电解加工。 

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