CN107999905B - 管电极磨粒辅助多槽电解切割加工装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过在管电极表面增加磨粒，借助管电极高速旋转时磨粒产生的磨削力去除电解加工中由于部分缺液而未及时电解去除掉的阳极金属以及钛合金表面形成的钝化层，促使电解加工高效进行；加工时管电极高速旋转，其侧壁上均布若干窄缝高速喷液，促使电解加工区产物快速排出；管电极底部有径向或轴向吹气口，该吹气口可使电解液出口处保持一定的气压（背压），促使加工区域电解液流场更加稳定，有利于提高加工区域工件表面质量。所述的加工装置包括以下组件：旋转接管、进风管道、侧壁多槽管电极、工控机、电解加工机床、大功率直流电源、电解液循环系统。本发明对提高电解液流速及快速排出产物，确保一次性电解切割大厚度工件有重要意义。

Description

管电极磨粒辅助多槽电解切割加工装置与方法

技术领域

本发明的一种管电极磨粒辅助多槽电解切割加工装置与方法，属于电解加工领域。

背景技术

在航空航天等领域，一些关键连接部件，多使用钛合金等难加工材料，对这些材料的加工要求加工后表面无重铸层和微裂纹。此外，某些零部件截面形状比较复杂且深宽比较大，材料去除量也很大。因此，如何实现难加工材料高效率和高质量加工已经成为航空航天领域的难题。

传统切削加工刀具磨损严重，加工工艺也很复杂，通常会在加工的工件的表面产生残余应力，形成加工硬化层。而在特种加工中广泛使用的激光加工和电火花加工通常会在工件表面产生重铸层，重铸层是熔融材料在零件表面快速冷却形成的淬火铸造组织，内部常含有微裂纹。当零件再恶劣条件下长期工作时，微裂纹会扩大，最终导致整个零件的断裂。

电解喷射切割加工技术，采用管状电极作为加工工具，工具结构比较简单，可以避免常规电解加工中复杂的阴极工具设计，缩短了阴极工具设计制造的时间和成本；采用管电极窄缝喷液加工方式，在数控系统的控制下，更容易实现复杂型面的加工。

在切割深宽比较大的零件时，电解液在较小的加工间隙中流入和流出都很困难，深度越大，电解液流动沿程的压力损失越大，使得电解产物排出不畅，加工区域流场混乱，最终导致加工效率低、加工表面质量差。另外，电解切割深宽比较大的零件时，电解液流动可能比较紊乱，随着进给速度的加大，在某些加工区域可能会由于缺液而使得部分阳极金属未被电解去除，从而出现打火短路而导致加工中断。

因此，提高电解切割加工间隙内电解产物排出和电解液更新速度、保证加工区域电解液流动均匀稳定和快速去除未被电解的部分阳极金属是加工深宽比较大工件需要解决的重要问题。

发明内容

本发明旨在提高电解切割加工间隙内电解液流速，促使电解产物快速排出，提高电解切割加工速度和加工质量，提出一种管电极磨粒辅助多槽电解切割加工装置与方法。

一种管电极磨粒辅助多槽电解切割工具，其特征在于：包括管电极、旋转接管、进气管道；其中管电极的空腔被隔板分成上下两部分，上部空腔侧壁开有电解液窄缝，且侧壁上均布磨粒；下部空腔侧壁均布若干吹气孔；其中旋转接管的第一端与管电极下部分的末端通过轴承及密封圈连接，旋转接管的第二端通过密封圈与进气管道的第一端连接；气体由气泵提供，通过进气管道的第二端进入到管电极下部空腔，经由吹气孔吹出。

所述管电极磨粒辅助多槽电解切割工具的电解切割方法，其特征在于：电解切割时，借助管电极高速旋转时磨粒产生的磨削力去除电解加工中由于部分缺液而未及时电解去除掉的阳极金属；气体由气泵提供，通过进气管道的第二端进入到管电极下部空腔，经由吹气孔吹出，此处保持一定的气压，促使加工区域电解液流场更加稳定。

在超厚零件电解切割加工中，加工区域流体在重力作用下容易从工件窄缝底部快速流走，从而导致加工区域缺液，通过在管电极底部增加吹气装置，在窄缝底部给予一定的气压，减缓窄缝底部电解液的流失，稳定加工区域的流体，从而保证电解加工过程的稳定进行。

上述管电极磨粒辅助多槽电解切割工具，其特征在于：包括管电极、转接管、旋转接管、进气管道；其中管电极的末端封闭，管电极侧壁开有电解液窄缝，且侧壁上均布磨粒；其中管电极末端安装在转接管第一端内，转接管内壁与管电极外壁之间的留有气体通道，转接管第一端的端面封闭后均匀开设若干与上述气体通道相通的吹气孔；转接管的第二端通过轴承及密封圈与旋转接管的第一端连接，旋转接管的第二端通过密封圈与进气管道的第一端连接；气体由气泵提供，通过进气管道的第二端进入转接管，经由吹气孔吹出。

气体从吹气孔喷出，在窄槽底部沿管电极径向形成一定气压，阻止加工区域电解液快速流失，从而保证加工区域（特别是窄缝下部区域）始终有较为充足的电解液，进而提供加工区域流场的稳定性。

上述管电极磨粒辅助多槽电解切割工具的电解切割方法，其特征在于：电解切割时，借助管电极高速旋转时磨粒产生的磨削力去除电解加工中由于部分缺液而未及时电解去除掉的阳极金属；气体由气泵提供，通过进气管道的第二端进入转接管，经由吹气孔吹出，此处保持一定的气压，促使加工区域电解液流场更加稳定。

气体从转接管的吹气孔喷出，在窄槽底部沿管电极轴向形成一定气压，阻止加工区域电解液快速流失，从而保证加工区域（特别是窄缝下部区域）始终有较为充足的电解液，进而提供加工区域流场的稳定性。

本发明具有如下优点：

1、管电极侧壁上均布的磨粒，在管电极的高速旋转作用下，借助管电极高速旋转时磨粒产生的磨削力去除电解加工中由于部分缺液而未及时电解去除掉的阳极金属，促使电解切割过程高效进行。

2、管电极在加工过程中会高速旋转，在高速旋转离心力的作用下，从侧壁窄缝中喷出的电解液在加工区域流动更加均匀稳定。

3、径向吹风装置（如图2）的旋转接管的第一端与管电极的一端通过轴承及密封圈连接，旋转接管的第二端通过密封圈与进气管道的第一端连接；气体通过气泵提供，由进气管道进入径向吹气旋转接管中，最后经过底部有吹气孔管电极底部圆孔喷出，在窄槽底部沿管电极径向形成一定气压，阻止加工区域电解液快速流失，从而保证加工区域（特别是窄缝下部区域）始终有较为充足的电解液，促使电解切割加工稳定进行。底部有吹气孔管电极与径向吹气旋转接管之间由径向吹气轴承相连接，在加工时底部有吹气孔管电极高速旋转，而径向吹气旋转接管静止不动。

4、轴向吹风装置（如图3）的旋转接管的第一端与转接管的第一端通过轴承及密封圈连接，旋转接管的第二端通过密封圈与进气管道的第一端连接；转接管的第二端通过密封圈以过盈配合的方式与管电极的一端连接。气体通过气泵提供，由管道进入径向吹气旋转接管中，最后经过转接管端部群孔喷出，在窄槽底部沿管电极轴向形成一定气压，阻止加工区域电解液快速流失，从而保证加工区域（特别是窄缝下部区域）始终有较为充足的电解液，促使电解切割加工稳定进行。转接管一端与径向吹气旋转接管之间由轴向吹气轴承相连接，而底部无吹气孔管电极一端插入转接管另一端中心孔中，两者之间为过盈配合；加工时，转接管与底部无吹气孔管电极同速转动，而径向吹气旋转接管保持静止。

附图说明

图1是管电极磨粒辅助多槽电解切割加工示意图；

图2是管电极磨粒辅助装置径向吹气方式结构剖视图；

图3是管电极磨粒辅助装置轴向吹气方式结构剖视图；

图4是管电极磨粒辅助多槽电解切割加工装置示意图；

其中标号名称：1．工件，2.进气管道，3.管电极，4.吹气口，5.磨粒，6.窄缝，7.转接管，8.旋转接管，9.电解加工机床，10.工控机，11.电脑，12.大功率直流电源，13.压力流量表，14.单向阀，15.恒压力泵，16.过滤器，17.电解液槽。

具体实施方式

图1所示的管电极磨粒辅助多槽电解切割加工示意图中，首先调整管电极3侧壁喷液缝与工件1之间的间距；然后，打开恒压力泵15，调整供液压力参数；最后，在控制系统中设定加工工艺曲线与加工参数，打开电源开始加工，待刀具完全切入工件后，打开鼓风机，调整鼓风机的吹气压力参数，保证加工区域电解液可以平缓稳定流出。

图2所示的管电极磨粒辅助装置径向吹气方式结构剖视图中，气体通过气泵提供，由进气管道2进入旋转接管8中，最后经过管电极3底部吹气孔喷出，在窄槽底部沿管电极径向形成一定气压，阻止加工区域电解液快速流失，从而保证加工区域（特别是窄缝下部区域）始终有较为充足的电解液。管电极3与旋转接管8之间由轴承相连接，在加工时底部有吹气孔管电极3高速旋转，而旋转接管8静止不动。

图3所示的管电极磨粒辅助装置轴向吹气方式结构剖视图中，气体通过气泵提供，由管道2进入旋转接管8中，最后经过转接管7端部群孔喷出，在窄槽底部沿管电极轴向形成一定气压，阻止加工区域电解液快速流失，从而保证加工区域（特别是窄缝下部区域）始终有较为充足的电解液。转接管7一端与径向吹气旋转接管8之间由轴承相连接，而管电极3一端插入转接管7另一端中心孔中，两者之间为过盈配合；加工时，转接管7与管电极3同速转动，而旋转接管8保持静止。

图4所示的管电极磨粒辅助多槽电解切割加工装置示意图中，工控机10和电脑11为电解喷射切割加工的主要控制系统；管电极3、压力流量表13、单向阀14、恒压力泵15、过滤器16、电解液槽17为电解喷射切割加工的电解液循环流动系统；电解加工机床和大功率直流电源12为电解喷射切割加工的主要硬件系统。

结合图1、图2、图3、图4说明本发明的实施过程：

1、参考图1、图2、图3、图4，将管电极3安装在机床的主轴上，装夹工件1，并将管电极3移动至于工件一侧，旋转管电极3直至喷液缝口对准工件1侧面，电表两表针分别连接管电极3和工件1，工控机10控制管电极3低速进给直至管电极3刚好接触到工件1，电表发出蜂鸣声，此时反向低速进给，直至蜂鸣声消失，然后设定加工初始间隙，将管电极移动到指定距离。开始电解喷射切割加工时，启动恒压力泵15，电解液通过输送管道喷射到工件1侧面；在工控机10上设定电解喷射切割的工艺路线及进给速度等其他参数，设定大功率直流电源12加工电压，开始加工。

参考图1、图2、图3、图4，待加工刀具完全切入工件后，打开鼓风机，调整鼓风机的吹气压力参数，保证加工区域电解液可以稳定流出；由电脑11监控电解喷射切割过程中的加工电流，待电流稳定后，在工控机10中不断提高的管电极3进给速度，直至电流波动较大时，则停止提高管电极进给速度，按照略小于该进给速度的最大速度进行电解切割加工，一次性完成大厚度工件的切割工作。

Claims (4)

1.一种管电极磨粒辅助多槽电解切割工具，其特征在于：

包括管电极（3）、旋转接管（8）、进气管道（2）；

其中管电极（3）的空腔被隔板分成上下两部分，上部空腔侧壁开有电解液窄缝，且侧壁上均布磨粒；下部空腔侧壁均布若干吹气孔（4）；

其中旋转接管（8）的第一端与管电极（3）下部分的末端通过轴承及密封圈连接，旋转接管（8）的第二端通过密封圈与进气管道（2）的第一端连接；气体由气泵提供，通过进气管道（2）的第二端进入到管电极（3）下部空腔，经由吹气孔吹出。

2.利用权利要求1所述管电极磨粒辅助多槽电解切割工具的电解切割方法，其特征在于：

电解切割时，借助管电极高速旋转时磨粒产生的磨削力去除电解加工中由于部分缺液而未及时电解去除掉的阳极金属；

气体由气泵提供，通过进气管道（2）的第二端进入到管电极（3）下部空腔，经由吹气孔吹出，此处保持一定的气压，促使加工区域电解液流场更加稳定。

3.一种管电极磨粒辅助多槽电解切割工具，其特征在于：

包括管电极（3）、转接管（7）、旋转接管（8）、进气管道（2）；

其中管电极（3）的末端封闭，管电极（3）侧壁开有电解液窄缝，且侧壁上均布磨粒；

其中管电极（3）末端安装在转接管（7）第一端内，转接管内壁与管电极外壁之间的留有气体通道，转接管第一端的端面封闭后均匀开设若干与上述气体通道相通的吹气孔（4）；

转接管（7）的第二端通过轴承及密封圈与旋转接管（8）的第一端连接，旋转接管（8）的第二端通过密封圈与进气管道（2）的第一端连接；气体由气泵提供，通过进气管道（2）的第二端进入转接管（7），经由吹气孔吹出。

4.利用权利要求3所述管电极磨粒辅助多槽电解切割工具的电解切割方法，其特征在于：

电解切割时，借助管电极高速旋转时磨粒产生的磨削力去除电解加工中由于部分缺液而未及时电解去除掉的阳极金属；

气体由气泵提供，通过进气管道（2）的第二端进入转接管（7），经由吹气孔吹出，此处保持一定的气压，促使加工区域电解液流场更加稳定。