CN105499726B - 用于高性能金属合金的电腐蚀加工的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种利用机械加工装置对钛基材料形成的工件进行机械加工的方法。该方法包括在相对于钛基工件预选定的距离和位置提供包含在芯轴组件内的导电电极；同时利用电源电驱动电极和工件的步骤。在该工艺中，流体电解质穿过机械加工装置中的至少两条路径‑芯轴组件内的内部导管和外部导管来循环。在切入运动中使带电荷的电极相对于工件移动，以利用高速电腐蚀(HSEE)工艺在相对高的速率下从工件去除材料。

Description

用于高性能金属合金的电腐蚀加工的方法
技术领域
本公开大体指向金属构件的机械加工。在一些特定的实施例中，本公开涉及由先进的结构化的金属和合金形成的构件的电加工。
背景技术
先进的金属材料在现代的制造业中，例如飞机、汽车和工具以及模具制造业中起到日益重要的作用。同常规的材料相比，这些材料通常呈现极大改进的热、化学和机械属性。增强的特定的属性包括强度、耐热性、耐磨性和耐腐蚀性。甚至适度的改进都可能通过改进的产品性能和产品设计而对制造业产生相当大的经济效益。
虽然先进的材料呈现许多所需的属性，但是它们有时是非常难以加工的。作为一个示例，用于例如钛合金的特殊材料的传统的机械加工和铸造工艺时常是不合适的，并且在形成板、棒等时需要去除大量的原料。此外，操作时常需要通过额外的工艺来补充，诸如多个修整操作。另外，钛和其合金的化学属性和物理属性可能使钻孔操作变得很有挑战，时常导致不符合要求的大的热影响区域(HAZ)。出于这些原因，整体加工成本可能比类似钢的材料高得多。
已经研究了许多技术来加工类似钛和镍超级合金的先进的材料。放电加工(或EDM)是一种机械加工方法，其主要用于硬质金属或不可能的用传统技术进行机械加工的金属。该技术是在存在高能电场的条件下利用在电极(刀具)和工件之间的快速再生的电弧放电来实现。EDM刀具沿着非常靠近工件的所需路径进行引导，但其不会接触工件。该技术有时被称为“电腐蚀”。其它电加工技术在本领域中也是已知的，包括电化学加工(ECM)、电化学研磨(ECG)和电化学放电加工(ECDM)，它们全部在美国专利7,741,576(A. Trimmer等人)中描述。
虽然当前电加工工艺在许多情况下是可接受的，但是对于各种高性能合金的额外的设计和性能要求已经在激励对工艺中相当大的发展的寻求。作为一个示例，由钛和其合金形成的某些构件可能由于低的热导率以及不能保持机械加工区域免除工艺碎屑而仍然是非常难以加工的。如下面所述，机械加工的碎屑可能危害电腐蚀工艺，并且可能导致对机械加工装备和工件的损伤。此外，在工业环境中仍然需要改进用于机械加工高性能合金的材料去除率(MRR)，因为过量的机械加工时间和对于许多其它工艺步骤的需求可能降低整体工艺的经济活力。因此，在本领域中解决这些挑战中的一些的改进的电腐蚀工艺将是受欢迎的。
发明内容
本发明的一个实施例指向一种利用机械加工装置对由钛基材料形成的工件进行机械加工的方法。该方法包括如下步骤：
(a)在相对于钛基工件预选定的距离和位置提供包含在芯轴组件内的导电电极；同时利用电源电驱动电极和工件；
(b)通过机械加工装置中的至少两条路径使流体电解质循环；其中一条路径包括位于芯轴组件内的内部导管；并且第二路径包括位于芯轴组件外面并且至少部分地位于电极和工件之间的间隙中的外部导管；以及
(c)在切入运动中使电极相对于工件移动，以在相对高的速率下，利用高速电腐蚀(HSEE)工艺从工件去除材料。
另一实施例指向一种机械加工钛基构件的方法，其中材料通过利用高速电腐蚀(HSEE)工艺从构件的选定的区域去除，其中导电电极可控制地在切入(型腔成形运动)中相对于构件移动和旋转；以及其中流体电解质通过电极内的内部路径和位于电极外面并在电极和构件之间的间隙内的外部路径而循环。在该实施例中，循环电解质流体的总的压力值和电极的转速同时受到自动化机构的控制，以便极大化从构件中去除钛的效率。
本发明的第一技术方案提供了一种利用机械加工装置对钛基材料形成的工件进行机械加工的方法，方法包括如下步骤：(a)在相对于钛基工件预选定的距离和位置提供包含在芯轴组件内的导电电极；同时利用电源电驱动电极和工件；(b)通过机械加工装置中的至少两条路径使流体电解质循环；其中一条路径包括位于芯轴组件内的内部导管；并且第二路径包括位于芯轴组件外面并且至少部分地在电极和工件之间的间隙内的外部导管；以及(c)在切入运动中使电极相对于工件移动，以利用高速电腐蚀(HSEE)工艺在相对高的速率下从工件去除材料。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，电极在HSEE工艺期间以至少大约36,000英寸/分钟的线速度旋转。
本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，线速度在大约7,000英寸/分钟至大约125,000英寸/分钟的范围内。
本发明的第四技术方案是在第二技术方案中，电极在至少大约15amp/mm2的电流密度下进行操作。
本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，流体电解质为工件以及为工件和电极之间的间隙提供冷却，同时还冲洗掉机械加工所得的碎屑。
本发明的第六技术方案是在第五技术方案中，流体电解质包括一种或更多种添加剂，以用于增加在工件和电极之间的放电。
本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，芯轴组件包含在多轴线机器中或用其他方式连接至该多轴线机器，该多轴线机器构造为支撑电极并使电极旋转。
本发明的第八技术方案是在第七技术方案中，多轴线机器与控制器操作通信，该控制器构造为用于将间歇的多个电弧分布在电极和工件之间。
本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，切入运动是轴向的，并且大体垂直于需要去除材料的工件表面。
本发明的第十技术方案是在第九技术方案中，切入运动在工件表面中切出型腔孔。
本发明的第十一技术方案是在第一技术方案中，工件是涡轮发动机的构件或飞机机身的一部分。
本发明的第十二技术方案是在第二技术方案中，循环电解质流体的总的压力值和电极的转速同时受到自动化机构的控制，以便极大化从工件去除钛的效率。
本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，电极通过带有阈电流的电源来激励，该电源在工件和电极之间施加电势差ΔV；方法还包括：
(i)在机械加工期间以选定的间隔测量电流；
(ii)比较测量的电流与阈电流，以确定测量的电流是否指示失控状态；
(iii)在指示失控状态后产生控制信号，控制信号导致(I)电极转速或(II)电解质冲洗压力中的至少一个的调整，以便使机械加工步骤返回受控状态。
本发明的第十四技术方案提供了一种机械加工钛基构件的方法，其中材料通过利用高速电腐蚀(HSEE)工艺从构件的选定区域去除，其中导电电极在切入的型腔孔成形运动中相对于构件可控制地移动和旋转；以及其中流体电解质穿过电极内的内部路径以及电极外面并在电极和构件之间的间隙中的外部路径两者而循环；以及其中循环电解质流体的总的压力值和电极的转速同时受到自动化机构的控制，以便极大化从构件去除钛的效率。
附图说明
图1是根据本发明的一些实施例的用于执行机械加工工艺的装置的示意图。
图2显示了为本发明的实施例所采用的芯轴组件。
图3是根据一些创新的实施例的各种机械加工步骤的图示。
图4是根据本发明的一些实施例为机械加工工艺选择的控制和监测步骤的图示。
图5是根据本发明的一些实施例由型腔-切入所得的孔的照片。
图6是曲线图，其描绘了根据一些创新的实施例的用于机械加工工艺的材料去除率特征。
具体实施方式
关于本公开，本文中公开的任何范围都是包含且可组合的(例如，“高达大约25wt%”或更具体地“大约5wt%至大约20wt%”的成分范围包含端点和该范围的所有中间值)。此外，词语“第一”、“第二”等在本文中并不表明任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一元件区分开来。词语“一”和“一个”在本文中并不表明数量的限制，而是表明至少存在其中一个所指事物。此外，本文中遍及说明书和权利要求使用的近似语句可应用于修饰任何数量表述，其可在不导致其相关的基本功能发生变化的条件下准许进行修改。因此，由诸如“大约”的词语或多个词语修饰的值并不局限于所规定的精确值。在一些情况下，近似语句可与用于测量该值的仪器的精度相对应。
钛和其合金在时常涉及航空、核和电子工业的许多重要的应用中找到用途。然而，如之前所暗示的，常规技术对于机械加工钛以及其它硬质金属时常是低效的。根据本文中描述的实施例，被称为高速电腐蚀(HSEE)机械加工的特殊类型的放电加工的使用可导致对钛基工件的有效的机械加工。如本文中所使用的，“钛基”指合金，其按重量计算包含至少大约50%的钛，并且在一些实施例中，按重量计算至少大约75%的钛。在一些关键的实施例中，受益于这种类型的机械加工技术的工件是涡轮发动机的构件或飞机机身的一部分。
图1是根据本发明的一些实施例的用于执行工艺的说明性的机械加工装置10。芯轴组件12(机床13的动作构件)包括旋转工具电极14，其在图2中更完整地描述。如下面进一步描述的，芯轴通常将电极保持到适当位置；并且旋转工具可增强冲洗的波动，其可能是期望的现象。通常，芯轴组件包含在或用别的方式连接在多轴线机器上，其构造为用于支撑电极并使电极旋转。
工件16典型地支撑在工件托架(未显示)上。托架通过计算机控制(例如伺服控制器18)使工件托架旋转和平移而相对于铣刀保持和移动工件，计算机控制出于简单起见被描述为“计算机”或“控制器”。计算机18(有时包括EEM数字控制程序)执行储存的程序，以将控制信号发送给操作机床的伺服电动机和电子装置。计算机还可包括插入式电路板作为用于在电源22(在下面提到)和计算机之间的信号线的接口。各种信号和控制/功率电路20将操作条件传送给计算机18，并且还可传送来自计算机的相关的控制信号，诸如在过热、低流体等情况下关闭自动化系统。因此可以看出时常具有多轴线运动能力的机床13与计算机/控制器18通过构造而保持操作通信，该构造容许在电极14和工件16之间分布间歇的多个电弧。本领域中的技术人员应该懂得，基于具体的机械加工装置的设计，控制电路的构造可能发生相当大的变化。
如上面所提到的，芯轴组件12通常安装在或附接在机床13上。(除了如图1中所示的分离之外，组件12和机床13可采用整体形式)。此外，提供电源22(时常为直流供电，其可任选地处于脉动模式)以激励工具电极14，以用于在电极和工件16之间的间隙中的电腐蚀。(在Yuan等人的美国专利7,824,526中提供了一些相关的细节，其内容通过引用而结合在本文中)。
第一电势可经由功率电路20传导给工具电极14。第二电势可经由功率电路24传导给工件16，从而形成包括间隙26内的介质的电路。这在工件16和工具电极14之间的间隙26中产生了放电(例如电弧)。计算机18通常控制机器10中的伺服电动机，以执行在电极和工件之间的相对运动，因而控制该间隙。因此，计算机18监测并控制芯轴组件12、相关联的电源22和下面提到的电解质泵的电加工工艺。
电源22时常包括例如电压测量电路的电压测量机构。电路可经由功率电路20,24感测跨间隙26的电压，并可经由信号线30将该数据传送给计算机18内的电路板-处理器。如此，可获得并利用关于放电状态和间隙26情况的信息(借助于上面提到的控制程序)，其可继而用于控制机械加工的进给速度和功率分布图，以达到最佳的机器操作。
功率系统还可包括各种其它特征和设备，其大多数是本领域中已知的。非限制性的示例包括额外的微处理器或其它计算设备、定时设备、脉冲发生设备、电压比较设备、数据存储设备等。在无须过度的努力的条件下，本领域中的技术人员将能够在本发明的范围内为给定的实施例选择最合适的特征。
本发明的机械加工装置包括流体电解质系统。这种系统用于极小化可能发生在电侵蚀(电腐蚀)工艺期间的热积累，同时还从机械加工的工件上冲洗掉腐蚀粒子以及其它碎屑。从间隙26和周围区域去除这些粒子对于有效地操作电腐蚀工艺可能是非常重要的。液体电解质循环系统时常用于冷却和冲洗功能，其如在例如上面提到的Yuan等人的专利中所述的那样是必须的。电解质系统对于提供电导率以便为这种类型的机械加工工艺驱动特定的电热事件也是很重要的，例如对于类似电压击穿的放电事件的定时提供更多的控制。流体电解质时常包括一种或更多种常规的添加剂，以用于增加在工件和电极之间的放电。
在之前提到的优选实施例中，流体电解质通过机械加工装置中的两条路径而循环。它们在图1以简化的形式来显示，其中一条路径包括内部导管32，其穿过工具14、朝向间隙26前进。该路径可备选地被引导穿过芯轴12和工具14。另一个路径包括外部导管34，其将电解质流体直接引导至间隙26的周围区域。泵36可用于引导两种流体的流动，但备选地可采用其它抽吸布置，例如多个泵。
除了外部冲洗之外，使用内部冲洗可能非常有利于本发明的实施例。内部冲洗可能在间隙区域中时常提供更直接(且更快速)的冷却效应，由此增强由外部冲洗系统所提供的总体冷却作用。此外，当机械加工电极以下面描述的切入运动使用时，内部冲洗可确保在电极缩回以允许碎屑去除时更平滑的、更清洁的工件表面。(切入运动通常是轴向的，并且大体垂直于工件表面)。实现内部冲洗所必要的周期性的空隙、冲洗孔打断了电弧，并造成热过程的缓和，从而容许任何累积的机械加工碎屑被有效地排空。在一些实施例中，优选使用多个轴孔，例如三个偏轴孔，这部分是因为其可避免或极小化由于使用单个轴向冲洗孔而造成支柱的发生。
图1中陈述的系统可包括各种其它特征，其中的一些特征在引用的Yuan等人的专利中描述。例如，工件和工具组件可被防护屏蔽层(未显示)包围。此外，电解质收集池38可定位以捕获所有用过的电解质流体，其然后可通过常规的手段引导至存储池40中。存储池可包括或附接在过滤单元上，以用于从电解质流体中去除碎屑，并确保流体能够已准备好来重新使用，例如经由导管42引导回泵36。泵36还可经由上面的提到数据管道21而与计算机18通信，从而容许数据传送给计算机，并用于控制来自计算机的通信。如此，在监测到类似过热或低流体流动的条件时，如果需要可关闭电解质流量控制和机械加工。
图2是芯轴/工具组件50的图示，其类似于在图1中大体描绘的组件12/14。组件50定位在从工件54跨越间隙52的位置上。电源(该图中未显示)在间隙52中产生了机械加工工件的放电。工具56可通过筒夹62而安装在可旋转的接头轴60的前端58上。工具保持器64通常固定在接头轴60的上端，其通过筒夹68保留芯轴66对准。然而，本领域中的技术人员应该熟悉其它合适的方法将芯轴保留在恰当位置。
根据这种类型的机械加工工艺(例如，HSEE工艺)的原理，电极56在一系列的电流放电期间旋转，以便造成工件期望的电腐蚀。在用于本发明的优选实施例中，电极在HSEE工艺期间以至少大约36,000英寸/分钟的线速度旋转；并且通常在大约7,000英寸/分钟至大约125,000英寸/分钟的范围内。电极非常频繁地操作在至少大约15amp/mm2的电流密度下。关于合适的HSEE技术的其它细节可在美国专利7,976,694和7,741,576(Trimmer等人)中找到，这两个专利都通过引用而结合在本文中。
用于操作组件50的电源方案大体是常规的；并且在图2中不需要提供细节。(在所引用的Yuan等人的专利中提供了一种说明性的技术)。典型地，电源通过在附接于工具电极上的引线和附接于工件上的引线之间应用电压差脉冲ΔV而激励工具电极56。功率可在与工具电极和自转的接头轴60相关联的引线之间通过固定在转子上的传导设备(未显示)来传送。这种设备的示例将包括电刷触头的组件；或者旋转变压器的使用。
图2还显示了根据本发明的实施例的简单形式的内部冲洗系统70。如上所述，液体电解质72的流从泵(未显示)穿过合适的入口导管74进行供给。电解质流体然后在芯轴自转的同时穿过接头轴60内的轴向通道进行引导。如Yuan等人的专利中所述，但这里没有做特别显示，围绕轴60的一部分进行密封的流体歧管可用于包含和引导电解质流体。在一些情形中，这种方式的流体通过被称为“穿芯轴”冲洗。
电解质流体然后被引导进入工具导管76中，并穿过一个或更多个开口(没有特别显示)离开至间隙52。(开口将存在于电极56的下端78中)。流体通过冲洗动作而提供了冷却和去碎屑功能。如上所述，内部冲洗可为本发明的实施例提供相当大的优势。(参照图1还提供了其它细节，例如使用收集池来捕获用过的电解质，以用于处理和再循环)。此外，用于机械加工系统的优选实施例还包括外部冲洗系统，以用于将流体引导至间隙区域。出于简洁起见，这里简单地通过虚线80描绘了该系统。
本发明的机械加工系统对于“切入”穿过选定厚度的工件是非常有效的，并可形成一个或更多个相对较大的孔。例如，孔的图案可通过使带负电荷的电极朝向带正电荷的工件前进而成形，从而以足以形成一系列型腔孔82的方式腐蚀工件，如图3中所示。孔的成形可利用激进的机械加工参数而有利地发生，同时在没有显著增加构件热影响区域(HAZ)尺寸的条件下维持相对高的材料去除率。
图3的左上部分描绘了试件，其中型腔82已经通过类似于图1的机械加工系统而成形，其中型腔82延伸穿过至底层的衬底；并且相邻的示出的型腔仅仅部分地延伸穿过试件。如上所述，图中间部分所显示的型腔切入的集合的图案是CNC控制的，并且可精确地形成期望的开放区域84，其在难以机械加工的合金中是相对较大的，例如Ti6A14V。图3的右下部分显示了在后机械加工技术进行清洁和平滑处理之后的开放区域84。在区域(仿形铣削)利用相对较“轻”的参数从切入切口去除任何波形的清洁作用同时还去除厚的再铸造层和由切入造成的热影响区域。
在本发明的优选实施例中，电腐蚀可通过一种独特的控制技术来控制，该技术特别适合于上面描述的机械加工系统。该技术的各个方面在美国专利8,323,473(Luo等人)中描述，该专利通过引用而结合在本文中。图1可用于图示，其中电源22构造为产生放电，其对工件16进行机械加工。如上面所暗示的，电源通过应用ΔV脉冲来激励工具电极14，以便在间隙26中产生选择性地腐蚀工件的放电。
具有脉冲宽度Δτ(τ)多个应用的脉冲导致了应用的电压波形具有多个脉冲导通和脉冲隔断状态。响应于所应用的电压波形，间隙26中的放电产生了电压波形，其代表间隙中的电压；并且电压波形包括多个放电脉冲。(应理解，所应用的波形具有所应用的脉冲，并且电压波形具有放电脉冲，它们是彼此不同的)。与计算机18相关联的伺服控制器(即，它们可能是整体的，或者可能是分开的单元)可用于控制整个机械加工装置的机械运动，包括控制间隙26的尺寸以及电极14和工件16的相对运动，以便为特定的机械加工条件维持期望的对准。
因此，应理解计算机/控制器18联接至电源22、电极14和工件16。计算机通常构造为执行若干功能。它们中的一些包括：引导功率供给，以在电极和工件之间施加电势差脉冲ΔV；测量跨间隙26的电压；产生选定的时间间隔；在间隔时间(或时延)的通过之后启动测量；求电压值的平均数；比较电压值；测量电流；以及产生控制信号来调整特定的功能，如功率供给。
本领域中的技术人员应理解计算机/控制器18可包括微处理器或另一类型的计算设备、电压和电流测量设备、定时设备、脉冲发生设备、电压比较设备、电流比较设备、数据存储设备和各种其它设备。这些设备在本领域中是众所周知的；并且在不脱离本发明的范围内可使用合适的型式。
图4是根据本发明的实施例用于监测和控制机械加工步骤的方法的图示，其用于利用类似图1的示例性的系统从工件中去除钛。对工件的机械加工开始于步骤100，然后在特定的时迟td之后在点上测量初始电压(步骤102)。在一些实施例中，时延相当于应用的脉冲宽度Δτ的一半，其是在应用的电压波形的应用脉冲的脉冲导通状态下测量的。时延td可相对于所应用的脉冲宽度而变化，例如所应用的脉冲宽度的2/3。在步骤104中针对电压波形的多个脉冲重复这种方式的电压测量，其中各个测量是针对所应用的波形在所应用的脉冲的脉冲导通状态下的特定的时延之后完成的。
因为这种类型的机械加工操作通常通过直流(DC)来执行，所以还要测量在机械加工工艺开始和进展至稳态时相对于所应用的电压波形的阈电流。在机械加工期间，然后在步骤106中通常以预定的间隔进行周期性的电流测量。电流流量部分地与工件上的机械加工的效果相关，例如相对于工件16的间隙区域26(图1)。如上面提到的那样，来自工件的碎屑或“切屑”可能累积在间隙中，即使在进行冲洗操作时。如果没有足够的作用力从间隙区域逐出这些切屑，那么它们的存在可能导致熔融金属桥的成形，其继而可能造成系统中的短路，从而停止机械加工操作。
对于各种实施例，然后根据步骤108相对于阈电流比较机械加工操作期间所测量的电流。如上面解释的那样，测量和比较可通过计算机/控制器来自动地处理。电流上过大或突然的增加表示碎屑可能如上所述累积起来，对来自工具电极的放电产生负面影响。作为一个非限制性的示例，在大约20伏的固定电位上，在机械加工操作期间钛构件上的平均电流可能是大约500amp，即在正常操作期间。在预定的电流限制范围之上的电流方面的突然增加，例如增加至700-900amp表示机械加工操作超出了规格之外，其最可能是由于碎屑的累积。
根据本发明的实施例，在步骤110中，在可接受的阈值以上的电流的增加经由相关联的计算机/控制器(例如图1系统中的工作站18)而产生控制信号。控制信号调整用于机械加工系统的两个操作参数中的至少一个。第一参数是工具转速，例如图2中所描绘的工具电极56的旋转速度。如之前所暗示的，旋转受到芯轴66和可旋转的轴60的控制，其都由类似图1中所示的电源提供功率。在一个实施例中，控制信号指导电源增加工具的转速，例如图4中的步骤112。增加的旋转速度可继而清除电腐蚀切屑和其它碎屑远离间隙区域52，并且/或者逐出任何堵塞间隙的成堆或成桥的熔融金属。通过这种方式，工艺可返回“受控”状态，例如如图所示返回正常的电流参数。
可调整的第二参数是冲洗压力。因此，在“失控”状态的事件下，控制信号可指导电源增加控制冲洗的抽吸活动。例如，在图1的机械加工系统的情况下，受到计算机18控制的电源22可增加穿过内部电解质导管(32)和外部电解质导管(34)中的一个或两者的电解质流量。(调整哪个冲洗系统的选择可在不费过大气力的条件下通过具体类型的系统上的实验来确定)。如同在调整工具旋转速度的情况下一样，冲洗压力的增加可清除碎屑并逐出任何成形于间隙区域的熔融金属团，直至系统返回受控状态。
上述用于本发明的实施例的技术可能非常有利于使机械加工工艺恢复至正常状态。它们还可降低在机械加工现场所需要的能量，由此极小化对电极和工件的损伤。在一些实施例中，控制系统可在机械加工工艺失控时指导电源关闭。总之，依赖于机械加工系统期望的特征，通过恰当地构造控制信号可采用任何这些策略或策略的组合。
图5是根据上述型腔切入技术(“Z”方向切入)，基于类似于图2中所示的芯轴/工具组件的使用而成形于试件上的孔的照片。各个孔或“型腔”的尺寸部分地依赖于按照英寸/分钟(IPM)为单位的工具进给速度。图6是基于类似图1的系统所得的电腐蚀结果的曲线图，其中工件由Ti-6A1-4V(钛-铝-钒)形成。该曲线图显示了材料去除率(MRR)，其是以安培数为单位的系统电流的函数。平均电流的增加对于MRR值具有正面效应。
此外，对于本技术领域的普通技术人员将会显而易见的是，可做出本发明的其它修改(超出本文中特定地描述的那些)而不脱离本发明的精神。因此，本领域中的技术人员所设想的修改应被认为在本发明的范围内。此外，上面提到的所有专利、专利论文和其它参考文献都通过引用而结合在本文中。

Claims (13)

1.一种利用机械加工装置对钛基材料形成的工件进行机械加工的方法，所述方法包括如下步骤：
(a)在相对于所述工件预选定的距离和位置提供包含在芯轴组件内的导电电极；同时利用电源电驱动所述电极和所述工件；
(b)通过所述机械加工装置中的至少两条路径使流体电解质循环；其中一条路径包括位于所述芯轴组件内的内部导管；并且第二路径包括位于所述芯轴组件外面并且至少部分地在所述电极和所述工件之间的间隙内的外部导管；以及
(c)在插铣运动中使所述电极相对于所述工件移动，以利用高速电腐蚀(HSEE)工艺在相对较高的速率下从所述工件去除材料，其中，当所述电极中的测量的电流超过所述电极的阈电流时，循环流体电解质的总的压力值和所述电极的转速同时受到自动化机构的控制，以便极大化从所述工件去除钛的效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极在所述高速电腐蚀工艺期间以至少36,000英寸/分钟的线速度旋转。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极在所述高速电腐蚀工艺期间以7,000英寸/分钟至125,000英寸/分钟的线速度旋转。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电极在至少15amp/mm2的电流密度下进行操作。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体电解质为所述工件以及为所述工件和所述电极之间的间隙提供冷却，同时还冲洗掉机械加工所得的碎屑。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述流体电解质包括一种或更多种添加剂，以用于增加在所述工件和所述电极之间的放电。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯轴组件包含在多轴线机器中或用其他方式连接至该多轴线机器，该多轴线机器构造为支撑所述电极并使所述电极旋转。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多轴线机器与控制器操作通信，该控制器构造为用于将间歇的多个电弧分布在所述电极和所述工件之间。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述插铣运动是轴向的，并且大体垂直于需要去除材料的所述工件表面。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述插铣运动在所述工件表面中切出型腔孔。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工件是涡轮发动机的构件或飞机机身的一部分。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极通过带有阈电流的所述电源来激励，该电源在所述工件和所述电极之间施加电势差ΔV；所述方法还包括：
(i)在机械加工期间以选定的间隔测量电流；
(ii)比较测量的电流与所述阈电流，以确定所述测量的电流是否指示失控状态；
(iii)在指示失控状态后产生控制信号，所述控制信号导致(I)电极转速或(II)电解质冲洗压力中的至少一个的调整，以便使机械加工步骤返回受控状态。
13.一种机械加工钛基构件的方法，其中材料通过利用高速电腐蚀(HSEE)工艺从构件的选定区域去除，其中导电电极在插铣的型腔孔成形运动中相对于所述构件可控制地移动和旋转；以及
其中流体电解质穿过所述电极内的内部路径以及所述电极外面并在所述电极和所述构件之间的间隙中的外部路径两者而循环；以及
其中当所述电极中的测量的电流超过所述电极的阈电流时，循环流体电解质的总的压力值和所述电极的转速同时受到自动化机构的控制，以便极大化从所述构件去除钛的效率。
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