CN102601470A - 一种管电极电解加工过程稳定性提高方法 - Google Patents

一种管电极电解加工过程稳定性提高方法 Download PDF

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房晓龙
曲宁松
朱荻
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Abstract

本发明涉及一种管电极电解加工过程稳定性提高方法，属于电解加工技术领域。该方法包括以下步骤：将密封粘接材料张贴于工件预定加工孔的出口位置，并将工件固定于工装夹具上；管电极电解加工；加工完毕后，分离零件表面密封粘接材料，清洗加工零件。本发明的方法对提高管电极电解加工孔穿通时的加工稳定性有重要意义。

Description

一种管电极电解加工过程稳定性提高方法
所属技术领域
本发明的一种管电极电解加工过程稳定性提高方法，属于电解加工技术领域。
背景技术
随着高性能航空发动机不断向高推重比、低油耗方向发展，航空发动机关键零部件出现大量小孔结构，特别是深小孔、呈多向不同角度分布的斜小孔和异型孔。这些孔孔径小(0.3-2 mm)、数量大(104~105)、角度多变(10°-80°)、孔形结构复杂；零件多是高温合金、钛合金等难加工材料制薄壁件。传统机械钻孔工艺难以完成此类加工；激光加工产生重熔层，不能满足航空发动机对孔壁冶金要求；电火花加工效率较激光加工低，且同样存在重熔层；电解加工具有不受工件材料力学、机械性能限制，无重熔层，加工质量好等特点，非常适合此类结构的加工。
管电极电解加工技术是通用电器公司飞机发动机事业部为解决航空发动机上超合金材料的小孔加工难题提出的一种电解打孔技术。管电极电解加工时，电解液从中空金属管（圆管或异型管）中高速流出，充满整个加工间隙，阳极工件在电化学反应作用下溶解并逐渐形成与金属管阴极截面一致的孔型，同时电解液将反应产物、焦耳热带出加工区。该工艺可扩展实现群小孔、斜小孔阵列的加工，大大提高效率。因此，该项技术已经成为国内外航空制造界最为关注的孔电解加工技术，许多大学和研究机构对此开展了大量研究。
目前，该项技术研究的重点在于提高加工过程的稳定性。影响加工过程稳定性的主要因素包括两方面：中性盐溶液加工时电解产物的排出和孔穿通时加工区流场的突变。在提高中性盐溶液加工时电解产物的排出速度方面：国际电解加工技术权威、美国内布拉斯加大学Rajurkar K.P.教授提出采用脉冲电源代替直流电源进行管电极电解加工，间隙中的电解产物可以在脉冲间歇时间内得以充分排除，有利于加工的稳定进行；南京航空航天大学朱荻教授等提出采用管电极平动方式进行电解加工，电极平动能够改善间隙流场、电场分布，为电解产物的排除创造了有利通道，改善电解产物对加工稳定性的影响；波兰理工大学Kozak J.教授提出电极低频振动电解加工，工具电极的振动改变了加工间隙内的流场状态，电解液的更新速率加快，有利于电解产物的排出，获得稳定的加工过程。
但针对孔穿通时加工区流场突变引起的加工稳定性变差问题的研究极少。实际加工中（工件表面多为曲面），管电极电解加工出的孔底部经常会先后穿通。孔部分穿通时，加工区流场发生突变，大部分电解液从先穿通的孔底部流出，极少部分从侧壁间隙、孔入口流出，造成未穿通区域电解液缺失，管电极继续进给，将与该区域的工件直接碰上，造成短路；同时，加工区流场的突变会引起电极的振动，诱发短路等异常加工状况。目前普遍采用的方法是在工件上孔出口位置垫一层金属牺牲层，该方法成本高，工件与牺牲层贴合难以紧密，不适宜在加工曲面零件时使用。
发明内容
本发明旨在改善管电极电解加工孔穿通时的加工稳定性，提出一种成本低、通用性强、实现方便的管电极电解加工过程稳定性提高方法。
一种管电极电解加工过程稳定性提高方法，其特征在于：
(1)     将密封粘接材料张贴于零件预定加工孔的出口位置，并将工件固定于工装夹具上；
(2)     管电极电解加工；
(3)     加工完毕后，分离零件表面泡棉双面胶，清洗加工零件。
所述密封粘接材料为软材质泡棉双面胶、橡塑海绵胶带等。
本发明具有以下优点：
1、采用该方法在管电极电解加工加工区出口位置张贴密封粘接材料，使得孔穿通时工件上未溶解而脱落的小凸起，钻进密封粘接材料，加工稳定性得到了提高。
传统的方法是在工件背面垫一块金属牺牲层，金属牺牲层与工件仅接触而无任何联接，如图1所示。孔穿通时，工件上正对侧壁绝缘的管电极内孔未溶解的小突起将脱落，进入狭小的加工间隙。电解液的高速流动，使得小突起在管电极与工件之间来回晃动。当小突起与管电极、工件同时接触，管电极与阳极工件将导通，产生打火、管电极的烧伤，直至其被冲出加工区。
采用该发明后，脱落的小突起5在电解液的高速高压冲击下钻入软泡棉双面胶2内部，不会在加工间隙内来回晃动，从而避免打火等破坏加工稳定性的现象发生。同时，使用本发明的过程稳定性提高方法，较之于原有的垫金属牺牲层方法，成本大大降低；对于金属牺牲层无法使用的场合，本发明的过程稳定性提高方法仍适用，通用性显著提高。
2、采用该方法在管电极电解加工零件加工区出口位置张贴密封粘接材料，使得孔部分穿通时电解液仍然沿管电极侧壁间隙向外流出，对加工区电解液起密封防漏作用。
管电极电解加工孔部分穿通时，加工区流场发生突变，大部分电解液从先穿通的孔底部流出，极少部分从侧壁间隙、孔入口流出，造成未穿通区域电解液缺失。管电极继续进给，将与该区域的工件直接碰上，造成短路；同时，加工区流场的突变会引起电极的振动，诱发短路等异常状况。此外，先穿通区域由于电解液、电场集中，孔侧壁会发生过切。采用该发明的过程稳定性提高方法在管电极电解加工零件加工区出口位置张贴密封粘接材料，使得孔部分穿通时电解液仍然沿管电极侧壁间隙向外流出，流场保持稳定，保证加工正常进行。
附图说明
图1 垫加金属牺牲层管电极电解加工孔穿通状态示意图；
图2 是平板类零件密封示意图；
图3 是回转体类零件密封示意图；
图中标号名称：1、工件，2、密封粘接材料，3、金属牺牲层，4、侧壁绝缘的管电极，5、未溶解的小突起。
具体实施方式
图1中，垫加金属牺牲层进行管电极电解加工。孔穿通时，加工零件1上正对管电极4内孔未溶解的小突起5将脱落，进入狭小的加工间隙。电解液的高速流动，使得小突起5在管电极4与工件1之间来回晃动。
图2中，将密封粘接材料张贴于平板类零件预定加工孔的出口位置。
图3中，将密封粘接材料张贴于回转体类零件预定加工孔的出口位置。
结合图2、3，说明本发明的实施过程：
(1)     将密封粘接材料张贴于工件预定加工孔的出口位置，并将工件固定于工装夹具上；
(2)     管电极电解加工； 
(3)     加工完毕后，分离零件表面密封粘接材料，清洗工件。

Claims (2)

1.一种管电极电解加工过程稳定性提高方法，其特征在于包括以下过程：
（1）、将密封粘接材料张贴于工件预定加工孔的出口位置，并将工件固定于工装夹具上；
（2）、管电极电解加工；
（3）、加工完毕后，分离零件表面密封粘接材料，清洗工件。
2. 根据权利要求1所述的一种管电极电解加工过程稳定性提高方法，其特征是，所述密封粘接材料为软材质泡棉双面胶，或橡塑海绵胶带。
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