CN107442874B - 振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法 - Google Patents

振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107442874B
CN107442874B CN201710733206.9A CN201710733206A CN107442874B CN 107442874 B CN107442874 B CN 107442874B CN 201710733206 A CN201710733206 A CN 201710733206A CN 107442874 B CN107442874 B CN 107442874B
Authority
CN
China
Prior art keywords
abrasive grain
micro
workpiece
vibration
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710733206.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107442874A (zh
Inventor
徐正扬
刘赛亚
王金山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201710733206.9A priority Critical patent/CN107442874B/zh
Publication of CN107442874A publication Critical patent/CN107442874A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107442874B publication Critical patent/CN107442874B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H5/00Combined machining
    • B23H5/06Electrochemical machining combined with mechanical working, e.g. grinding or honing
    • B23H5/08Electrolytic grinding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H5/00Combined machining
    • B23H5/14Supply or regeneration of working media

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

本发明涉及振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,属于电解加工领域。其特征在于,基于电解抛光原理和磨粒流光整加工原理,提出了振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,通过将混入不同粒径和形状磨粒的电解液以一定的速度和压力通入流道,工件阳极和工具阴极辅助以振动,同时,调节电源加工电压使阳极电位处在阳极工件极化曲线的钝化区,将振动电解抛光和磨粒流光整加工方法进行有效复合。一方面,利用电解作用在阳极工件表面生成钝化膜;另一方面,通过电解液带动磨粒流动,对工件表面钝化膜及凸起部分产生微磨作用,使凸起部分发生电解溶解作用,从而使工件表面达到宏观平整的效果。

Description

振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法
技术领域
本发明涉及电解加工领域,具体涉及一种振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法。
背景技术
叶片,作为复杂型面金属工件的典型代表,是影响航空发动机性能的关键部件。随着航空、航天推进器的发展,叶片在材料性能方面逐渐趋于高耐热性、高强度、高硬度,在结构上也出现特薄型、大扭角等复杂型面,在加工精度和表面质量方面也提出更高的要求。
传统的磨削或铣削加工虽然能达到很低的表面粗糙度,但由于表面残余应力的存在,大大影响叶片的使用性能。
目前国内外叶片的表面磨削抛光工作大多数仍处于手工打磨阶段。人工抛光不仅劳动强度大、效率低,而且抛光表面易烧伤,型面精度和表面完整性难以保证,导致可靠性降低。同时,受到工人技术等级和熟练程度的影响,加工质量不稳定,严重影响着航空发动机的使用性能、安全可靠性以及生产周期。
由此可见,现有手工抛光方法已不适应航空发动机批量化生产需求,而后期磨削抛光技术与装备已经在某种程度上制约了航空发动机整体水平的提升。
为了提高叶片的表面质量,降低或消除表面残余应力,常用的叶片抛光方法有磨料流抛光、砂带或砂轮抛光、电化学抛光、电解机械抛光方法等。
电解抛光是在电解液中以金属工件作阳极,进行金属表面钝化膜的生成和溶解,使其表面粗糙度下降、光亮度提高同时产生一定的金属光泽的技术,它是基于阳极溶解的原理去除金属,因此没有宏观“切削力”和“切削热”的作用,工件表面不会产生像传统切削加工中所形成的塑性变形层,残余应力等,更不会产生再铸层。电解抛光可大大减小工件内部和表面的应力,适用于任何硬度的金属和合金,其抛光后的光洁度与表面平整度比机械抛光保持得更长久。
申请号99259086.8的专利采用了一种表面绝缘层可带磨粒的柔性电解加工工具、柔性电极以面接触的方式进行光整加工,其磨粒和工具结合为一体;申请号为92109346.2的发明专利和题目为《45钢电解–机械复合抛光工艺优化》、《电化学机械加工轴承滚道的表面特性》等论文,使用了电解与机械磨削或研磨结合的方法对回转体工件进行电解机械复合抛光,采用圆弧形工具电极和合适的磨具,对回转体工件表面钝化膜交替生成与刮除,该方式磨粒镶嵌在磨具上,且磨具和工具电极分离,分别对工件进行机械和电化学作用;申请号CN200710148276.4的发明专利和题目为《复合轨迹电解磨料加工实验研究》的论文,采用带磨粒的抛光垫或游离磨料、平面工具面、旋转抛光台和衬底,以电化学机械的方式抛光衬底的金属表面;题目为《流体磨料光整加工理论与技术的发展》、《化学辅助软磨粒流抛光技术研究》的论文和公开号为CN102601686A和CN1069859C发明专利,基于磨粒流抛光原理,采用固液两相流混合的方式,通过液体带动磨粒对经过化学处理的工件表面冲刷,该抛光方法未加入电化学作用。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供了一种新型工艺方法,能更有效对叶盘等复杂型面金属工件表面进行抛光。
本发明涉及振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于,将混入不同粒径磨粒的电解液通入由工件阳极、工具阴极和夹具体组成的流道,工具阴极和工件阳极辅助以振动且分别连接电源阴阳极,调节电源加工电压使阳极电位处在阳极工件极化曲线的钝化区,一方面,利用电解作用在阳极工件表面生成钝化膜;另一方面,通过电解液带动磨粒流动,对工件表面钝化膜及凸起部分产生微磨作用,使凸起部分发生电解溶解作用,从而使工件表面达到宏观平整的效果;同时,利用工具或工件振动和多流道汇合引起电解液局部空化和涡流,增强磨粒对工件的均匀性、随机性微磨和局部冲刷作用。
所述的振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于:所述工具阴极或工件阳极的振动,其振动形式包括轴向振动和旋转振动。振动使工件表面的电解液产生压力脉动,增强磨粒对工件表面的冲刷作用;同时,空化和扰动作用能有效去除吸附在工件表面电解产物,提高工件表面质量。
所述的振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于:电解液中的磨粒包括有微刃型磨粒和无微刃型磨粒。有微刃型磨粒主要对工件表面产生微切削作用,去除凸起处钝化膜或工件材料,无微刃型磨粒主要对工件表面产生加工硬化作用。
所述的振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于:电解液中的磨粒,包括毫米级和微米级粒径16目-12500目磨粒。毫米级磨粒对工件宏观表面冲刷明显,微米级磨粒对工件微观凸起作用,从而提高光整加工质量。
所述的振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于:所述加工电压包括直流电压和脉冲电压。不同的电压特性对不同材质的钝化膜的生成有不同的效果,从而影响抛光效果。
本发明是基于电解抛光原理和磨粒流光整加工原理,提出的一种新型光整加工方法,本方法兼具电解抛光和磨粒流抛光的特点和优点。一方面利用电解作用在阳极工件表面生成钝化膜;另一方面,通过电解液带动磨粒流动,对工件表面钝化膜及凸起部分产生微磨作用,使凸起部分发生电解溶解作用,从而使工件表面达到宏观平整的效果;同时,工具或工件振动对电解液产生交变压力波,多流道汇合引起电解液局部空化和涡流,强化了电解液的对磨粒的扰动,增强磨粒对工件的均匀性、随机性微磨和局部冲刷作用,且可通过调节电参数、主流道与辅助流道的电解液压力及速度等参数控制磨粒宏观流动方向和速度,从而有效控制磨粒对工件表面的微磨作用。本发明提出的抛光方法使用范围广,与其他抛光方法相比具有较高的抛光效率,尤其为叶片等自由型面的难加工金属工件的抛光提供了新思路,同时,可通过调节加工参数实现叶片的自动可控的抛光过程,具有较广阔的发展前景。
振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,兼顾电化学溶解和磨粒摩擦的共同作用,充分发挥电化学加工和磨削加工的各自优势,利用电化学反应微量溶解加工表面,在难加工材料表面生成较软的钝化膜,并利用电解液高速流动的特点,直接驱动磨粒在自由曲面上进行高速高压的挤压、摩擦,从而达到有效的抛光效果。同时由于电解液的流动均匀性,可使得微小磨粒流经自由曲面的所有区域,使得摩擦作用更为均匀。
附图说明
图1是振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工夹具结构示意图;
图2是振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工系统原理图;
图3是分离槽结构示意图。
图中标号名称:1. 磨料流,2. 混合槽,3.渣浆泵,4. 止回阀,5. 溢流阀,6.调节阀,7.流量计,8.压力表,9. 换向阀,10. 夹具部分,11. 清水控制阀,12. 离心泵,13.清水槽, 14.离心泵,15.控制阀,18.过滤器,19.磨粒控制阀,21.搅拌器,24.分离槽,25.控制阀,26.调节阀,27.污水回收装置, 28.加工区两相流流入(流出)管路, 30.导流装置,31.密封装置,32.工件阳极叶片, 33.上夹具体,34.工具叶背阴极,35.下夹具体,36.工具叶盆阴极,37. 辅助管道,38.钝化膜,39.液相槽,40.小粒径磨粒,41.大粒径磨粒,42.隔板,43.固相槽,48.滤网。
具体实施方式
下面以某一振动辅助磨粒流动微磨电解复合光整加工为例,参照附图1、附图2和附图3阐述振动辅助磨粒流动微磨电解复合光整加工装置及方法实施过程:
振动辅助磨粒流动微磨电解复合光整加工装置,包括:夹具部分、磨料流循环系统、换向供料系统;
夹具部分由工装上夹具体33、下夹具体35、工具叶背阴极34、工具叶盆阴极36、工件阳极叶片32、密封装置31、导流装置30组装而成;工具叶背阴极34、工具叶盆阴极36与六轴联动振动电解机床主轴相连,工件阳极叶片32由导电板定位夹紧,使工具叶背阴极34、工具叶盆阴极36、工件阳极叶片32与上夹具体33、下夹具体35,形成主流道和辅助流道。
磨料流循环系统包括:混合槽2、搅拌器21、渣浆泵3、分离槽24、溢流过滤管路、液相过滤管路、磨粒清洗管路、污水排放管路、磨粒回流管路;混合槽2上方安装有用于搅拌磨料流的搅拌器21,并通过管路分别与过滤器18、磨粒控制阀19、渣浆泵3相连;渣浆泵3一端与所述混合槽2连接,另一端依次连接止回阀4,调节阀6、流量计7、压力表8、换向系统、夹具部分;分离槽24的固相槽43连接溢流过滤管路、磨粒清洗管路、污水排放管路和磨粒回流管路,液相槽39连接液相过滤管路;溢流过滤管路一端与止回阀4和调节阀6三通管路连接,另一端分两管路分别通过溢流阀5和调节阀26与分离槽24的固相槽43和混合槽2相连;磨粒清洗管路由离心泵12、清水槽13、清水控制阀11依次连接的管路组成;污水排放管路包括控制阀25和污水回收装置27组成的污水排放管路,用于回收磨粒清洗排出的污水;液相过滤管路由离心泵14、控制阀15、过滤器18和混合槽2依次连接的管路组成,用于循环过滤电解液至混合槽2。
换向供料系统包括:气源、电磁阀和换向阀9。换向阀9通过气动换向,其气源控制接口依次连接电磁阀和气源,换向阀A端口与电压表8相连,所述换向阀B端口与加工区两相流流入(流出)管路28和辅助管道37相连,C端口与加工区两相流流出(流入)管路相连,最后换向阀D端口与混合槽2相连。
某一叶片振动辅助磨粒流动微磨电解复合光整加工过程:
在抛光过程中,将调节阀6开启、调节阀26关闭,磨粒和电解液组成的磨料流1在搅拌器21的作用下在混合槽2内均匀混合,其中,磨粒和电解液的质量比为1:2,磨粒中36目棕刚玉、180目棕刚玉和80目陶瓷球比例为1:3:3,在渣浆泵3的作用下通过夹具部分10和换向阀9组成的换向管路,然后,返回混合槽2,通过调节换向阀9控制磨粒流在夹具部分10内的换向频率,工具叶背阴极34、工具叶盆阴极36和工件阳极叶片32间通入脉冲低电压,主轴振动,直至达到预设抛光时间。在磨料流过滤过程中,开启调节阀26,关闭溢流阀5、调节阀6,将混合槽2中的磨粒流1全部通入分离槽24的固相箱46内,电解液通过隔板42的滤网48浸入液相槽39,通过离心泵14抽取过滤后返回混合槽2,然后,磨粒通过清洗管路清洗,完成后通过磨粒回流管路返回混合槽2,磨料流过滤工艺结束,进入下一个加工周期。
抛光过程中,电解作用使工件表面产生钝化膜38,在电解液曳力、工具叶盆阳极36和工件叶背阳极34振动和多流道汇合效应的共同作用下,电解液产生空化和涡流等效果,从而强化了磨粒对工件表面的微磨作用。其中,如图1放大图左图所示,大粒径磨粒41对工件阳极叶片32表面大凸起部分微磨作用,小粒径磨粒40对工件微观凸起作用,去除凸起部分钝化膜,电解作用溶解凸起部分,从而达到围观平整的效果,如图1放大图右图所示。

Claims (5)

1.一种振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于包括以下过程:
将混入不同粒径磨粒的电解液通入由工件阳极、工具阴极和夹具体组成的流道;流道包括主流道和辅助流道;
工具阴极和工件阳分别连接电源阴阳极,一方面,调节电源加工电压使阳极电位处在阳极工件极化曲线的钝化区,利用电解作用在阳极工件表面生成钝化膜;
另一方面,通过电解液带动磨粒流动,对工件表面钝化膜及凸起部分产生微磨作用,使凸起部分发生电解溶解作用,从而使工件表面达到宏观平整的效果;
同时,利用工具阴极或工件阳极的振动,以及辅助流道出口处和主流道汇合时的速度偏差和压力差,引起电解液局部空化和涡流,强化了磨粒对工件的均匀性、随机性微磨和局部冲刷作用。
2.根据权利要求书1所述的振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于:所述工具阴极或工件阳极的振动,其振动形式包括轴向振动和旋转振动。
3.根据权利要求书1所述的振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于:电解液中的磨粒包括有微刃型磨粒和无微刃型磨粒。
4.根据权利要求书1所述的振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于:电解液中的磨粒,包括毫米级和微米级粒径16目-12500目磨粒。
5.根据权利要求书1所述的振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法,其特征在于:所述加工电压包括直流电压和脉冲电压。
CN201710733206.9A 2017-08-24 2017-08-24 振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法 Active CN107442874B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710733206.9A CN107442874B (zh) 2017-08-24 2017-08-24 振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710733206.9A CN107442874B (zh) 2017-08-24 2017-08-24 振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107442874A CN107442874A (zh) 2017-12-08
CN107442874B true CN107442874B (zh) 2018-12-07

Family

ID=60493914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710733206.9A Active CN107442874B (zh) 2017-08-24 2017-08-24 振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107442874B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021036478A1 (zh) * 2019-08-29 2021-03-04 南京星合精密智能制造研究院有限公司 一种磨料流光整对接电加工装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110227753B (zh) * 2019-05-30 2020-06-26 江苏大学 一种径向高频振动式空化微塑性成形装置
CN112247296B (zh) * 2020-09-30 2021-09-03 淮阴工学院 一种旋转式超声复合套料电解加工装置及方法
CN113798611B (zh) * 2021-08-25 2022-08-12 温州大学 超声氢脆复合加工用的游离磨粒加工液及其应用

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050087451A1 (en) * 2003-10-24 2005-04-28 Berman Michael J. Abrasive electrolyte
JP5935089B2 (ja) * 2012-07-11 2016-06-15 ミクロン精密株式会社 高周波振動援用電解研削方法及びその装置
CN105643029B (zh) * 2016-01-14 2017-09-19 辽宁科技大学 一种电化学磁力研磨光整加工合金管的方法及装置
CN205342118U (zh) * 2016-01-15 2016-06-29 辽宁科技大学 整体叶盘电化学磁力研磨抛光机
CN206216056U (zh) * 2016-11-30 2017-06-06 重庆迪科机电设备有限公司 电解磁力研磨机
CN106424988A (zh) * 2016-12-02 2017-02-22 河南理工大学 一种电解磨削加工用磨头

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021036478A1 (zh) * 2019-08-29 2021-03-04 南京星合精密智能制造研究院有限公司 一种磨料流光整对接电加工装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107442874A (zh) 2017-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107442874B (zh) 振动辅助磨粒流动电解微磨复合光整加工方法
US11607770B2 (en) Efficient ultra-precise shear thickening and chemical synergy polishing method
CN102601686B (zh) 一种整体叶轮类零件旋转磨料流抛光装置
CN107866615B (zh) 一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法
CN104816056B (zh) 一种电解‑磁力研磨复合光整硬质材料的方法及其装置
CN109877657B (zh) 一种电化学增稠抛光方法
CN105643029B (zh) 一种电化学磁力研磨光整加工合金管的方法及装置
CN102501179A (zh) 汽车轮毂磨粒流除毛刺方法
CN205342118U (zh) 整体叶盘电化学磁力研磨抛光机
CN107824918B (zh) 辅助冲液电解铣磨加工整体叶盘系统及方法
CN101024273A (zh) 基于流场约束型液动磨粒流的表面光整加工方法
CN108098536B (zh) 一种高效超精密剪切增稠-化学协同抛光装置
CN110340469B (zh) 气液组合电极及电解加工方法
CN202498451U (zh) 汽车轮毂磨粒流除毛刺的装置
CN101342622A (zh) 嵌片式复合工具及电化学机械复合加工装置及其加工方法
CN104708132A (zh) 基于双峰脉冲电流电化学复合机械的分齿式齿轮齿面光整加工方法
Rao et al. Precision finishing of external cylindrical surfaces of EN8 steel by electro chemical honing (ECH) process using OFAT technique
CN100395078C (zh) 三头柔性进给叶片电解加工夹具
CN110014294B (zh) 群孔管电极电解钻磨一体化加工装置及系统
CN105195842A (zh) 一种管状电极电解加工的电解液密封装置
CN100414002C (zh) 高速电喷镀装置
CN110253345A (zh) 一种整体叶轮的化学机械抛光方法与抛光装置
CN106567118A (zh) 制备中空工件内表面Ni‑SiC复合镀层的方法
CN101024274A (zh) 基于流场约束型液动磨粒流的表面光整加工系统
CN104722864A (zh) 基于双峰脉冲电流电化学复合机械的平面形金属表面的光整加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant