CN107866615A - 一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法，属于电化学与机械复合加工领域。本发明的复合加工装置，其工作液槽通过油水分离器分别连通油箱和电解液箱，组合电极包括至少一个金属基金刚石子电极和至少一个非导电抛光子电极，通过金属基金刚石子电极上的电解液出口向电解间隙输送电解液，通过非导电抛光子电极上的抛光油出口向抛光间隙输送抛光油。本发明利用组合电极进行电解磨抛复合加工，导电基金刚石电极喷电解液来电解磨削去除大部分加工余量，非导电抛光电极喷油来实现机械抛光，在一次加工中电解磨削和机械抛光同时进行，相辅相成，具有高效、实用、易操作、加工成本低、表面质量好，无宏观机械力等特点。

Description

一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电解磨削装置及方法，更具体地说，涉及一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法。

背景技术

随着科技进步和航空航天工业的发展，新材料和复杂结构层出不穷，其加工技术就成了制造领域研究的热点。如整体涡轮盘在精密铸造、数控铣和特种加工后，有的仍留有精加工余量，在现行生产中要靠手工修磨、抛光去除余量来达到叶型的形位、尺寸精度，工人劳动条件恶劣，噪音大，粉尘污染严重，而且易出现工伤事故，严重制约了航空制造业的发展与应用。

电解加工是利用金属阳极电化学溶解原理去除材料的，具有加工效率较高，表面质量好的优点，但是加工表面粗糙度很难做到很小。机械抛光采用抛光布等材料在工件表面做运动形成较小的表面粗糙度，但是对于钛合金、高温合金等难加工材料抛光效率太低。

目前，已有电解加工与机械抛光结合的复合加工工艺及装置，如中国专利号ZL92109346.2，授权公告日为1997年6月4日，发明创造名称为：容器内表面电解机械复合抛光工艺，该申请案使用电解和机械研磨结合方法对容器内表面进行抛光，将被抛光工件做为阳极，另设一阴极，阳极和阴极间留有一定间隙，间隙中流入电解液，对工件内表面电解，在电解同时，通过砂布轮对工件内表面进行研磨，电解和机械研磨过程反复进行使工件内表面逐渐趋于平滑，从而达到镜面要求。该申请案结合了电解和机械研磨的优点，相当于将电解机床和研磨砂轮简单组合在一起，先电解后机械研磨，两者不能实现辅助加工作用，这样，由于电解加工的表面粗糙度较大，导致后续研磨抛光负担较大，产品加工精度完全取决于研磨抛光的精度，因此加工效率依然较低；而且这种组合后的设备体积较大，操作不便。

又如中国专利申请号201210590456.9，申请公布日为2013年3月20日，发明创造名称为：一种高效平面抛光电解研磨工具，该申请案的高效平面抛光电解研磨工具包括平面抛光研磨头安装于电机的旋转轴，平面抛光研磨头的中空连接管上连接有电解液导流管和碳刷，碳刷上连接有导线；平面抛光研磨头包括圆柱形腔体上端安装中空连接管，中空连接管与电机的旋转轴固定连接，圆柱形腔体下端面包裹有研磨用无纺布，研磨用无纺布通过紧固环固定于圆柱形腔体外圆面；圆柱形腔体的下端面为可拆卸的圆盘，圆盘上设有多个电解液小孔，无纺布对应电解液小孔的位置也设有小孔。该申请案将电解与研磨加工相结合，但是电解加工形成的钝化膜需要通过电解液冲刷和研磨用无纺布去除，剥离的钝化膜在一定程度上会影响到研磨的精度和效率，而且需要使用专用的电解抛光液才能实现加工，虽然目前已有相应的电解抛光液，但成本也较高；另外，该电解研磨工具还需要通过加压来实现研磨，一方面加压力量难以保证，另一方面也使工件表面因存在宏观机械作用力而影响加工精度。

再如中国专利申请号201510222042.4，申请公布日为2015年8月5日，发明创造名称为：一种电解-磁力研磨复合光整硬质材料的方法及其装置，该申请案的方法步骤包括：设定电解-磁力复合研磨装置的直流电源电压为8～20V，电解液为浓度12-20％的硝酸钠溶液；将电极和磁极安装在机床上，开启直流电源和机床精磨；更换烧结磁性磨料超精研磨。该方法采用的装置包括电解-磁力研磨复合机构和电解液供给机构，电解-磁力研磨复合机构包括：工作台、工件、磁极、夹具、机床、连杆、磁性研磨粒子、钝化膜、直流电源和电极；电解液供给机构包括：输送管、蠕动泵、过滤器、搅拌器和电解液。该申请案利用电解抛光工艺与磁力研磨工艺复合，提高了研磨加工效率和工件表面质量，然而该申请案也仅是将电解抛光工艺与磁力研磨工艺简单组合，电解磨头与磁极靠得过近也可能影响电解加工效率和精度，而且存在磁力研磨工作电流大、容易造成安全隐患，以及设备较大、操作不便等缺陷。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提供一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法，采用本发明的技术方案，利用组合电极进行电解磨抛复合加工，组合电极中具有导电基金刚石电极和非导电抛光电极，利用导电基金刚石电极喷电解液来电解磨削去除大部分加工余量，利用非导电抛光电极喷油来实现机械抛光，在一次加工中电解磨削和机械抛光同时进行，相辅相成，提高了零件表面加工质量，具有高效、实用、易操作、加工成本低、表面质量好，无宏观机械力等特点。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置，包括床身、电极夹具、工作液槽、电源和电解液箱，还包括组合电极、油水分离器和油箱，所述的组合电极通过电极夹具安装在床身上的旋转电机轴上，且组合电极与电源的负极相连接；所述的工作液槽设于组合电极的下方，用于安装与电源正极相连接的工件，所述的工作液槽通过油水分离器分别连通油箱和电解液箱；所述的组合电极包括至少一个用于电解磨削的中空的金属基金刚石子电极和至少一个用于机械抛光的中空的非导电抛光子电极，所述的金属基金刚石子电极与非导电抛光子电极连接于一体，所述的金属基金刚石子电极与电解液箱相连通，并通过金属基金刚石子电极上的电解液出口向工件与金属基金刚石子电极之间形成的电解间隙输送电解液，所述的非导电抛光子电极与油箱相连通，并通过非导电抛光子电极上的抛光油出口向工件与非导电抛光子电极之间形成的抛光间隙输送抛光油。

更进一步地，所述的金属基金刚石子电极为电镀金刚砂电极或烧结金刚砂电极。

更进一步地，所述的非导电抛光子电极的抛光材料为抛光布或钢丝刷或抛光铜。

更进一步地，所述的抛光油为机油和植物油中的一种或两种组合。

更进一步地，所述的电源为直流电源或脉冲电源。

本发明的一种组合电极电解机械磨抛复合加工方法，包括以下步骤：

(a)按上述的组合电极电解机械磨抛复合加工装置设置加工系统；

(b)接通电源，组合电极相对于工件高速旋转，组合电极中的金属基金刚石子电极与工件借助电解液产生电化学腐蚀，并由金属基金刚石子电极上的金刚石刮除钝化膜，进行电解磨削；组合电极中的非导电抛光子电极借助抛光油对工件进行机械抛光；工作液槽内的电解液和抛光油经过油水分离器分离后进入油箱和电解液箱内回用；

(c)组合电极对工件进行重复交替电解磨削和机械抛光，直至完成对工件的加工。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法，其利用组合电极进行电解磨抛复合加工，组合电极中具有导电基金刚石电极和非导电抛光电极，利用导电基金刚石电极喷电解液来电解磨削去除大部分加工余量，利用非导电抛光电极喷油来实现机械抛光，在一次加工中电解磨削和机械抛光同时进行，相辅相成，提高了零件表面加工质量，具有高效、实用、易操作、加工成本低、表面质量好，无宏观机械力等特点；

(2)本发明的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法，其组合电极由金属基金刚石子电极和非导电抛光子电极连接组成，加工同步性好，通过电解磨削去除大部分加工余量后紧接着进行机械抛光，加工效率高，并且加工设备的体积更小，操作方便；

(3)本发明的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法，其工作液槽内的电解液与抛光油通过油水分离器分离后回用，无需使用专用电解抛光液，加工成本低；

(4)本发明的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法，其金属基金刚石子电极为电镀金刚砂电极或烧结金刚砂电极，电镀金刚砂电极即在磨头表面电镀一层金刚砂，电镀工艺简单，投资少，制造方便，无需修整，使用方便，可以达到很高的工作速度；而烧结金刚砂电极的整个磨头均是由金刚砂烧结而成，相比于电镀金刚砂电极，耐用度提高了十倍以上；组合电极的具体选用材料可根据实际需要确定，以达到最佳的使用性能。

附图说明

图1为本发明的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置的结构原理示意图；

图2为本发明中的一种组合电极的结构示意图；

图3为本发明中的一种组合电极的加工端面结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、床身；2、电极夹具；3、组合电极；3-1、金属基金刚石子电极；3-2、电解液出口；3-3、非导电抛光子电极；3-4、抛光油出口；4、工作液槽；5、工件；6、油水分离器；7、电源；8、油箱；9、电解液箱。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合图1、图2和图3所示，本实施例的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置，包括床身1、电极夹具2、组合电极3、工作液槽4、油水分离器6、电源7、油箱8和电解液箱9，其中，组合电极3通过电极夹具2安装在床身1上的旋转电机轴上，且组合电极3与电源7的负极相连接，组合电极3可在床身1上做高速旋转运动；工作液槽4设于组合电极3的下方，用于安装与电源7正极相连接的工件5，并储存工作液，工作液槽4通过油水分离器6分别连通油箱8和电解液箱9，工作液槽4内的电解液和抛光油混合液通过管道进入油水分离器6内，在油水分离器6中进行电解液和抛光油的分离，分离后的电解液通过管道进入电解液箱9内回用，分离后的抛光油通过管道进入油箱8内回用；如图2和图3所示，组合电极3包括至少一个用于电解磨削的中空的金属基金刚石子电极3-1和至少一个用于机械抛光的中空的非导电抛光子电极3-3，金属基金刚石子电极3-1与非导电抛光子电极3-3连接于一体，金属基金刚石子电极3-1与电解液箱9相连通，并通过金属基金刚石子电极3-1上的电解液出口3-2向工件5与金属基金刚石子电极3-1之间形成的电解间隙输送电解液，非导电抛光子电极3-3与油箱8相连通，并通过非导电抛光子电极3-3上的抛光油出口3-4向工件5与非导电抛光子电极3-3之间形成的抛光间隙输送抛光油。图2和图3中给出的是两个金属基金刚石子电极3-1和两个非导电抛光子电极3-3组成的组合电极3形式，两个金属基金刚石子电极3-1和两个非导电抛光子电极3-3均相对设置，但本发明中并不限于此，金属基金刚石子电极3-1和非导电抛光子电极3-3可以设置多组，且金属基金刚石子电极3-1和非导电抛光子电极3-3的排布方式也可以根据需要设置；金属基金刚石子电极3-1和非导电抛光子电极3-3的截面形状也不局限于圆形。采用上述组合电极3，加工同步性好，通过电解磨削去除大部分加工余量后紧接着进行机械抛光，加工效率高，并且加工设备的体积更小，操作方便；通过油水分离器6实现电解液与抛光油的分离回用，无需使用专用电解抛光液，加工成本低。

在本实施例中，上述的金属基金刚石子电极3-1为电镀金刚砂电极或烧结金刚砂电极，电镀金刚砂电极即在磨头表面电镀一层金刚砂，电镀工艺简单，投资少，制造方便，无需修整，使用方便，可以达到很高的工作速度；而烧结金刚砂电极的整个磨头均是由金刚砂烧结而成，相比于电镀金刚砂电极，耐用度提高了十倍以上。非导电抛光子电极3-3的抛光材料为抛光布或钢丝刷或抛光铜，抛光油为机油和植物油中的一种或两种组合，抛光效率高、精度高。组合电极3的具体选用材料可根据实际需要确定，以达到最佳的使用性能。上述的电源7可以为直流电源或脉冲电源。

下面结合图1和图2给出本实施例的一种组合电极电解机械磨抛复合加工方法，包括以下步骤：

(a)按上述的组合电极电解机械磨抛复合加工装置设置加工系统；

(b)接通电源7，组合电极3在旋转电机的作用下相对于工件5高速旋转，组合电极3中的金属基金刚石子电极3-1与工件5借助电解液产生电化学腐蚀，并由金属基金刚石子电极3-1上的金刚石刮除钝化膜，进行电解磨削；同时，组合电极3中的非导电抛光子电极3-3借助抛光油对工件5进行机械抛光；工作液槽4内的电解液和抛光油经过油水分离器6分离后进入油箱8和电解液箱9内回用，电解液箱9与金属基金刚石子电极3-1之间可通过电解液循环泵输送电解液，油箱8与非导电抛光子电极3-3之间可通过抛光油循环泵输送抛光油；

(c)组合电极3对工件5进行重复交替电解磨削和机械抛光，直至完成对工件5的加工，通过组合电极3即可对工件5进行电解磨削和机械抛光，加工同步性好，加工效率高，设备体积小，操作方便；。

本发明的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置及方法，其利用组合电极进行电解磨抛复合加工，组合电极中具有导电基金刚石电极和非导电抛光电极，利用导电基金刚石电极喷电解液来电解磨削去除大部分加工余量，利用非导电抛光电极喷油来实现机械抛光，在一次加工中电解磨削和机械抛光同时进行，相辅相成，提高了零件表面加工质量，具有高效、实用、易操作、加工成本低、表面质量好，无宏观机械力等特点。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置，包括床身(1)、电极夹具(2)、工作液槽(4)、电源(7)和电解液箱(9)，其特征在于：还包括组合电极(3)、油水分离器(6)和油箱(8)，所述的组合电极(3)通过电极夹具(2)安装在床身(1)上的旋转电机轴上，且组合电极(3)与电源(7)的负极相连接；所述的工作液槽(4)设于组合电极(3)的下方，用于安装与电源(7)正极相连接的工件(5)，所述的工作液槽(4)通过油水分离器(6)分别连通油箱(8)和电解液箱(9)；所述的组合电极(3)包括至少一个用于电解磨削的中空的金属基金刚石子电极(3-1)和至少一个用于机械抛光的中空的非导电抛光子电极(3-3)，所述的金属基金刚石子电极(3-1)与非导电抛光子电极(3-3)连接于一体，所述的金属基金刚石子电极(3-1)与电解液箱(9)相连通，并通过金属基金刚石子电极(3-1)上的电解液出口(3-2)向工件(5)与金属基金刚石子电极(3-1)之间形成的电解间隙输送电解液，所述的非导电抛光子电极(3-3)与油箱(8)相连通，并通过非导电抛光子电极(3-3)上的抛光油出口(3-4)向工件(5)与非导电抛光子电极(3-3)之间形成的抛光间隙输送抛光油。

2.根据权利要求1所述的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置，其特征在于：所述的金属基金刚石子电极(3-1)为电镀金刚砂电极或烧结金刚砂电极。

3.根据权利要求1所述的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置，其特征在于：所述的非导电抛光子电极(3-3)的抛光材料为抛光布或钢丝刷或抛光铜。

4.根据权利要求1所述的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置，其特征在于：所述的抛光油为机油和植物油中的一种或两种组合。

5.根据权利要求1所述的一种组合电极电解机械磨抛复合加工装置，其特征在于：所述的电源(7)为直流电源或脉冲电源。

6.一种组合电极电解机械磨抛复合加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)按权利要求1至5任意一项所述的组合电极电解机械磨抛复合加工装置设置加工系统；

(b)接通电源(7)，组合电极(3)相对于工件(5)高速旋转，组合电极(3)中的金属基金刚石子电极(3-1)与工件(5)借助电解液产生电化学腐蚀，并由金属基金刚石子电极(3-1)上的金刚石刮除钝化膜，进行电解磨削；组合电极(3)中的非导电抛光子电极(3-3)借助抛光油对工件(5)进行机械抛光；工作液槽(4)内的电解液和抛光油经过油水分离器(6)分离后进入油箱(8)和电解液箱(9)内回用；

(c)组合电极(3)对工件(5)进行重复交替电解磨削和机械抛光，直至完成对工件(5)的加工。