CN108393546A - 筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极以及电解加工方法。电解加工电极包括进水口、流道、背压机构和旋转电极；流道为“[”形管道，流道上端部设置有进水口，下端部连接背压机构，背压机构端部安装有旋转电极；旋转电极呈柱形，加工端面为弧面，弧面的半径与曲线槽表面弧面的半径相同。本发明针对筒形构件内外壁封闭曲线槽构件无法实现加工或制造成本较高、加工周期较长的难题，提出了一种筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极以及加工方法，采用加工电极旋转扫描、分步进给的电解加工方法，解决大尺寸复杂异形筒形构件内外壁封闭曲线槽的加工问题。

Description

筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极及加工方法
技术领域
本发明涉及一种筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极及加工方法，属于电解加工工艺技术领域。
背景技术
电解加工技术是利用电化学阳极溶解的原理，借助于成型的阴极，将工件按照一定的形状和尺寸加工成型的一种工艺方法。在加工过程中，工具电极为阴极，工件为阳极，工具阴极和工件阳极间保持很小的间隙。电解液一般采用中性盐溶液，极间施加直流电压，在一定的工艺参数下，工具电极按一定的速度进给，维持极间小间隙，电解液循环通过阴阳极之间的间隙，同时不断带走电解产物以及热量并去极化。工件按工具阴极的形状不断溶解，直到工件的形状和尺寸达到要求为止。电解加工具有加工范围广，加工效率高，表面无应力，加工阴极无损耗的特点，几乎可以加工所有的导电材料，而且不受材料强度、硬度等物理条件限制。
随着火炮技术的不断发展，其运动导向结构不断采用高强度、高硬度的难加工金属、复杂异形结构及整体结构，如在筒形结构的内外壁上，分布有多种类型的封闭环绕曲线槽，槽截面一般为矩形，有一定的形状精度与尺寸精度要求，传统的机械加工难度极大，有些内壁槽由于没有刀具进给空间而无法实现加工。电解加工技术不受材料强度、硬度等物理条件限制，可以加工任何导电金属，而且在加工过程中加工效率高、电极无损耗、表面无应力，加工深窄复杂空间结构具有极高的可达性，可以解决筒形结构内外壁的封闭环绕曲线槽的加工难题。
本发明创新性地提出柱形电极电解加工筒形结构内外壁封闭曲线槽的加工方法，解决大尺寸复杂筒形构件的内外壁封闭曲线槽加工。
筒形构件内外壁封闭曲线槽结构特征是在圆柱形筒体内外壁上分布有循环封闭的带状曲线槽，其截面为矩形或其他形状，截面形状的中心沿圆柱形内表面或外表面轴向与周向以多段曲线方程组合分布，形成头尾相接的闭合曲线。如采用数控机械加工，即便是内径空间上容许刀具进入，也会由于其沿筒体轴向深度过大导致支撑刀架刚性不足无法保证槽的形状精度与基本的加工效率。而采用铸造工艺往往由于其铸造组织的性能无法满足高疲劳、冲击载荷的作用而无法满足使用要求。目前的工艺多采用电火花加工，方法是利用多个电极进行分段加工、多次修整的方式，可以实现内外壁封闭曲线槽的加工。但由于材料去除量较大，电火花加工电极消耗严重，更换频繁，加工效率低，加工周期超长，再者，由于电火花加工表面存在热再铸层及微裂纹，需要通过后续抛磨修整去除，工序复杂，也使得制造成本居高不下。
发明内容
本发明针对筒形构件内外壁封闭曲线槽构件无法实现加工或制造成本较高、加工周期较长的难题，提出了一种筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极以及加工方法，采用加工电极旋转扫描、分步进给的电解加工方法，解决大尺寸复杂异形筒形构件内外壁封闭曲线槽的加工问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下方案实现：
本发明一方面提供了一种筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极，其特征在于：所述的电解加工电极包括进水口1、流道2、背压机构3和旋转电极4；所述的流道2为“[”形管道，流道2上端部设置有进水口1，下端部连接所述的背压机构3，所述的背压机构3端部安装有旋转电极4；所述的旋转电极4呈柱形，加工端面为弧面，弧面的半径与曲线槽表面弧面的半径相同。
在一个优选的技术方案中，所述的旋转电极4的加工端面设置有厚度为1mm的抛光圈，侧面涂覆绝缘保护膜。
本发明另一方面还提供了一种筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工方法，其特征在于，所述的加工方法的具体步骤如下：
步骤1、将安装座6固定在电解加工机床转台上，同时将筒形构件5安装在安装座6上，用压环7压紧；
步骤2、将所述的旋转电极4固定在电解加工机床的Z轴上，启动机床，调整旋转电极4与筒形构件5的相对位置，旋转电极4向筒形构件5内壁或外壁靠近，利用干对刀法进行对刀，对刀后回退到预先设定的位置，回退的距离即为初始间隙；
步骤3、关闭工作箱，采用电解液正水供液，向工作箱内通入电解液；施加电压进行加工，筒形构件5旋转运动的同时旋转电极4上下运动，组合成曲线槽的形状；当扫描完成一圈后，旋转电极4进给，重复上述运动，直至完成筒形构件内壁或外壁封闭曲线槽的加工；
步骤4、完成上述加工后，用清水冲洗筒形构件5表面以及机床内的盐垢，用压缩空气将筒形构件5表面吹干。
在一个优选的技术方案中，所述的筒形构件5高度为450mm，外径φ180mm，内径φ120mm，曲线槽宽度25mm，深度22mm，轴向高度230mm。
在一个优选的技术方案中，所述的筒形构件5材质为30CrNi2MoVA。
在一个优选的技术方案中，电解加工过程中的加工参数为：电解液成分为NaCl水溶液，质量浓度15%，电解液温度25℃，电解液压力0.8MPa；初始间隙0.2mm，筒形构件5旋转运动速度10mm/min，旋转电极4分步进给量0.5mm，加工前和加工后各延时5s，加工电压为18V。
本发明的筒形构件内外壁封闭曲线槽电解加工电极及加工方法可以有效解决整体筒形构件内外壁封闭曲线槽一次性加工的难题。与铸造、电火花工艺相比，避免了修整量大、电极消耗严重、加工效率低等缺点，简化了加工流程，提升了加工效率。本发明可以应用于所有筒形构件内外壁封闭曲线槽的加工，具有非常大的应用价值。
附图说明
图1是电解加工电极加工筒形构件内壁封闭曲线槽的结构示意图；
图2是电解加工电极加工筒形构件外壁封闭曲线槽的结构示意图；
图3是筒形构件内外壁封闭曲线槽电解加工电极的固定安装结构示意图；
图中：进水口1、流道2、背压机构3、旋转电极4、筒形构件5、安装座6、压环7。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的一种筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极以及加工方法作进一步阐述，但本发明的保护内容并不限于以下实施例。
本发明采用筒形构件5、旋转电极4对筒形构件内外壁扫描、进给运动的方式进行加工，加工电极型面与筒形构件内外壁形成加工间隙。电解液流场采用“正水”方式，即电解液由进水口1进入流道2，通过旋转电极4上的出液口流向加工区域，实现曲线槽的电解加工成型。
针对筒形构件内外壁封闭曲线槽结构，分析其结构特点，利用模拟分析软件进行电极设计，重点考虑加工过程中的加工路径、流场以及加工方案的可行性；
设计电解加工电极与工装，保证定位精度；
将工装固定在电解加工机床工作台上，将筒形构件毛坯固定在工装上。将电极固定在机床运动轴Z上，调整电极与工件的相对位置，设置初始加工间隙；
关闭机床工作箱，向加工区内通入电解液。极间施加一定的电压，采用合理的加工参数进行加工，电解液高速流过极间间隙。电极沿曲线槽的曲线方程运动，运动轨迹构成封闭曲线后，电极进给，重复此过程，直至曲线槽加工成型。
本发明针对以高强钢等金属材料为代表的筒形构件内壁封闭曲线槽，设计合理的电极与工装。利用“阳极溶解”原理，通过电极扫描、分步进给和工件旋转的方式，实现筒形构件内壁封闭曲线槽的电解加工。
本发明中的加工试件为筒形构件内壁封闭曲线槽构件，由三段曲线方程组合而成，筒形构件高度为450mm，外径φ180mm，内径φ120mm，曲线槽宽度25mm，深度22mm，轴向高度230mm，材质为30CrNi2MoVA，如图2所示。
本发明的电解加工电极包括进水口1、流道2、背压机构3和旋转电极4；所述的流道2为“[”形管道，流道2上端部设置有进水口1，下端部连接所述的背压机构3，所述的背压机构3端部安装有旋转电极4；所述的旋转电极4呈柱形，加工端面为弧面，弧面的半径与曲线槽表面弧面的半径相同。
将安装座6固定在电解加工机床转台上，同时将筒形构件5安装在安装座6上，用压环7压紧，旋转电极4固定在机床的Z轴上。启动机床，调整旋转电极4与筒形构件5的相对位置，旋转电极4向筒形构件5内壁靠近，利用干对刀法进行对刀，对刀后回退到预先设定的位置，回退的距离即为初始间隙。关闭工作箱，向工作箱内通入电解液。施加一定的电压，选用合理的加工参数进行加工，筒形构件5旋转运动的同时旋转电极4上下运动，组合成曲线槽的形状。当扫描完成一圈后，旋转电极4进给，重复上述运动，直至完成筒形构件内壁封闭曲线槽的加工。
加工参数：电解液成分为NaCl水溶液，质量浓度15%，电解液温度25℃，电解液压力0.8MPa。初始间隙0.2mm，筒形构件5旋转运动速度10mm/min，旋转电极4分步进给量0.5mm，加工前和加工后各延时5s，加工电压为18V。
完成上述加工后，用清水冲洗筒形构件5表面以及机床内的盐垢，用压缩空气将筒形构件5表面吹干。
本发明技术的进步点如下：
1. 发明了一种柱形电极沿曲线循环周期运动，同时沿径向步进的电解加工进给方法，实现筒形构件内外壁封闭曲线槽的加工。
电极呈柱形，电极加工端面为弧面，其半径与曲线槽底部弧面的半径相同；电极加工端面设计有厚度1mm的抛光圈，侧面涂覆绝缘保护膜，有效避免加工过程中对曲线槽侧壁面的杂散腐蚀。电极沿曲线槽作循环周期运动，当扫描加工一圈后，沿径向进给一定行程，然后重复上述运动，直至曲线槽加工完成。
2. 采用电解液正水供液，结合随动背压机构，实现加工过程中的稳定流场。
筒形构件内外壁封闭曲线槽结构复杂，其轨迹满足多段曲线方程，加工流场复杂。本发明采用电解液正水供液，结合随电极运动而运动的背压机构，实现加工区域流场的均匀分布，保证加工过程的稳定。

Claims (6)

1.筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极，其特征在于：所述的电解加工电极包括进水口（1）、流道（2）、背压机构（3）和旋转电极（4）；所述的流道（2）为“[”形管道，流道（2）上端部设置有进水口（1），下端部连接所述的背压机构（3），所述的背压机构（3）端部安装有旋转电极（4）；所述的旋转电极（4）呈柱形，加工端面为弧面，弧面的半径与曲线槽表面弧面的半径相同。
2.根据权利要求1所述的筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极，其特征在于：所述的旋转电极（4）的加工端面设置有厚度为1mm的抛光圈，侧面涂覆绝缘保护膜。
3.筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极的加工方法，其特征在于，所述的电解加工方法的具体步骤如下：
步骤1、将安装座（6）固定在电解加工机床转台上，同时将筒形构件（5）安装在安装座（6）上，用压环（7）压紧；
步骤2、将所述的旋转电极（4）固定在电解加工机床的Z轴上，启动机床，调整旋转电极（4）与筒形构件（5）的相对位置，旋转电极（4）向筒形构件（5）内壁或外壁靠近，利用干对刀法进行对刀，对刀后回退到预先设定的位置，回退的距离即为初始间隙；
步骤3、关闭工作箱，采用电解液正水供液，向工作箱内通入电解液；施加电压进行加工，筒形构件（5）旋转运动的同时旋转电极（4）上下运动，组合成曲线槽的形状；当扫描完成一圈后，旋转电极（4）进给，重复上述运动，直至完成筒形构件内壁或外壁封闭曲线槽的加工；
步骤4、完成上述加工后，用清水冲洗筒形构件（5）表面以及机床内的盐垢，用压缩空气将筒形构件（5）表面吹干。
4.根据权利要求3所述的筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极的加工方法，其特征在于：所述的筒形构件（5）高度为450mm，外径φ180mm，内径φ120mm，曲线槽宽度25mm，深度22mm，轴向高度230mm。
5.根据权利要求3或4所述的筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极的加工方法，其特征在于：所述的筒形构件（5）材质为30CrNi2MoVA。
6.根据权利要求5所述的筒形构件内外壁封闭曲线槽的电解加工电极的加工方法，其特征在于：电解加工过程中的加工参数为：电解液成分为NaCl水溶液，质量浓度15%，电解液温度25℃，电解液压力0.8MPa；初始间隙0.2mm，筒形构件（5）旋转运动速度10mm/min，旋转电极（4）分步进给量0.5mm，加工前和加工后各延时5s，加工电压为18V。
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