CN108430683B - 在多级盘中用pecm加工槽的工具、包括该工具的电化学加工组件和机器以及该工具的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在多级盘中通过电化学加工槽的工具(10)。工具包括与沿盘的轴线同轴设置的第一和第二环体(20)，环体配置为充当阴极，每一个环体的内周缘上设有多个径向延伸的凸起。第一和第二环体(20)彼此相互刚性固定。本发明还涉及一种应用上述工具在多级盘中电化学加工槽的方法。

Description

在多级盘中用PECM加工槽的工具、包括该工具的电化学加工 组件和机器以及该工具的使用方法

技术领域

本发明涉及在多级盘中(in multistage disks)电化学加工(electrochemicalmachining)槽(slots)所用的工具，包括该工具的组件和机器，以及该工具的使用方法。

背景技术

加工多级盘，通常通过拉削或铣削后倒角(边缘倒圆)来加工最大直径级，并通过铣削后倒角(无拉削)来加工最小直径级。每一级，需要多个加工操作，特别是对于每一步拉削和铣削操作后都要进行去毛刺的操作。这些技术方案具有运行成本巨大、制造时间长等缺陷，同时还存在铣削工具破损的风险。

用于克服这些缺陷的另一种已知技术包括脉冲电化学加工(PECM)。在文件FR3006925中描述了一种应用该技术方案来在单级部件中制作槽的设备和方法。

发明内容

由此，本发明旨在弥补现有方法的缺陷，使得用成本适中的工具和机器以相对简单的方式在相对较短时间内在多级盘中加工各种级成为可能。

此目的首先通过在多级盘中电化学加工制造槽的工具来实现，该工具至少包括第一环体和第二环体，每个环体绕盘的轴线同轴布置，且每个环体被配置为充当阴极(cathode)；每个环体的内周缘(inside periphery)上设有多个径向加工凸起；第一环体和第二环体彼此刚性固定。

术语“彼此刚性固定”用于表示第一环体和第二环体以这样的方式固定：当工具移动时，第一环体和第二环体同时以相同的方式移动。沿着盘的轴向视角观察时，径向加工凸起的形状与即将在多级盘中制造的槽的形状相适应。进一步，第一环体的内径与盘的第一级的外径大体相等；第二环体的内径与盘的第二级的外径大体相等。所以，当工具沿着多级盘的轴线移动时，充当阴极的第一环体用于在盘的第一级上通过电化学加工制造槽，充当阴极的第二环体用于在盘的第二级上通过电化学加工制造槽。

该工具使得通过两次连续的或同步进行的电化学加工工序用来在多级盘的每一级上加工槽成为可能，借助前述定义的单件工具就有利于执行该加工过程。

在某些具体实施例中，当沿着盘轴线轴向观察时，径向凸起形如蘑菇形。

在加工期间，采用PECM方法，注入电解液，电解液沿所述蘑菇形凸起流动；同时，引起电流从阳极(具体为多级盘)流向阴极；电流通道从盘上面向阴极的部分剥离金属原子，由此，在加工后，多级盘每一级上的槽呈现出由环体凸起所限定的蘑菇形。进一步，径向凸起可以是具有介于第一环体和第二环体之间不同尺寸的蘑菇形。进一步，径向凸起并不限于该形状，其形状可以根据加工后期望的多级盘的每一级上的槽的形状而不同。

在某些具体实施例中，该工具进一步包括固定环体的盖体，所述盖体环绕环体布置，并配置为防止那些环绕所述凸起运行的电解液被径向投射。

所述盖体构成工具的外壳，围合待加工的盘、环体和沿环体运行的电解液。进一步，由于环体被固定在盖体的内周缘，当盖体移动时，环体同时移动；进一步，盖体包括多个使电解液能够注入和排出的通道。

在某些具体实施例中，盖体至少包括两个部分，这两个部分通过绝缘元件彼此电绝缘，第一环体和第二环体分别固定到其中一个部分。

正因为如此，工具使得借助不同的电气参数来加工盘的第一级和第二级成为可能，并且这两个级通常不同时加工。绝缘元件(insulator element)以这样一种方式布置：插入盖体的两部分之间，并且沿盘的轴线方向位于第一环体和第二环体之间的区域。在一个实施例中，当其中一个环体用于加工并且因此受电力驱动时，另一环体不受电力驱动。由此，避免了对盘的某些区域进行不需要的加工。

在某些具体实施例中，工具进一步包括至少两个固定至所述盖体的可移动的保护装置(movable protectors)，保护装置包括将电解液注射到凸起的流体注入通道，所述两个可移动的保护装置分别与所述第一环体和第二环体中的一个相邻(adjacent)。

所述至少两个可移动的保护装置通常固定至盖体的内周缘，并且在可移动的保护装置内周缘上分别具有多个与第一环体和第二环体形状相同的径向凸起。当工具移动时，环体以这样一种方式移动：其中一个环体加工盘的一个级，并且与所述环体相邻的绝缘保护装置(insulating protector)同样移动，并且穿入到刚刚加工好的槽中。移动的保护装置由此防止电解液投射到已经加工好的槽的部分上，所以避免了对所述槽部分进行不需要的加工。

本发明还披露提供一种组件，其包括：工具、多级盘和至少一个固定式保护装置(stationary protector)，固定式保护装置配置为固定在盘上并保护盘免受电解液的影响。

固定式保护装置为非导体元件，用于保护盘免受电解质影响，避免对与将要加工的盘的级相邻的表面进行不需要的加工。加工完成后，固定式保护装置还能够用于通过将电解液导向盖体的排出通道而将电解液和溶解物一起排出。

本发明还为提供一种电化学加工用的机器，其包括：支撑件，使得多级盘能够固定至其上；工具；致动器(actuator)，其具有驱动所述工具和固定在支撑件上的盘之间产生相对运动的能力，盘至少部分地位于工具内；电解液回路；和电路，机器配置为在所述移动过程中，能够应用第一环体通过电化学加工盘的第一级，应用第二环体通过电化学加工盘的第二级。

本发明还提供一种使用工具在多级盘中通过电化学加工制造槽的方法，该方法包括以下步骤：

a)以这样一种方式定位工具：所述至少两个环中的第一个在将要加工的盘的第一级附近；

b)沿着盘的轴向方向相对盘移动工具，通过电化学加工方法加工第一级；

c)以这样一种方式定位工具：所述至少两个环中的第二个在将要加工的盘的第二级附近；且

d)沿着盘的轴向方向相对盘移动工具，通过电化学加工方法加工第二级。

这种方法使得可以在不更换工具的情况下执行所有步骤。这将会在生产过程中节约时间。

在某些具体实施方式中，该方法还包括下列步骤：

-在第b)步骤中第一环体的加工期间，断开电源和电解液与第二环体的连接；且

-在第d)步骤中第二环体的加工期间，断开电源和电解液与第一环体的连接。

这些步骤使得避免在某一环体的加工过程中对盘特定区域进行不需要的加工成为可能。

在某些具体实施方式中，在第b)步和/或第d)步的加工期间，工具相对盘的移动是围绕盘的轴线进行的螺旋运动。

附图说明

通过阅读以下作为非限制性示例给出的本发明的各种实施例的详细描述，可以更好地理解本发明内容及其优点。在描述中参考了附图，其中：

-图1所示为多级盘的局部透视图；

-图2A和2B分别是加工槽之前(图2A)和加工槽之后(图2B)的盘的简化示意图；

-图3所示为在多级盘中制造槽用的工具的截面示意图；

-图4详细地示出了环体的一部分和一个绝缘保护装置；

-图5示意性地示出了电化学加工用的机器。

具体实施方式

图1示出了加工后的多级盘的透视图，本实施例中包括较小直径级1A和较大直径级1B，每一级呈现出多个槽2。可以理解，在给定这种类型的盘结构时，采用常规技术(拉削、铣削)难以在不破坏另一个级的情况下加工一个级。

图2A和图2B分别是采用已知的脉动电化学加工(PECM)加工槽2之前(图2A)和加工槽2之后(图2B)的盘1的一个阶的简化示意图。充当阴极的环体20通过脉冲电流，压力下的电解液在环体20和盘1之间流动为加工所用。最初，环体20处于高位，即，在盘1的顶部(如图2A)。其后，环体20顺着盘1的轴线方向沿螺旋路径向盘1方向平移移动。当环体和盘平齐时，在电解液中触发连续的电流脉冲。借助于充当阴极的环体20和充当阳极的盘1，离子发生溶解。加工后，环体20处于低位，即，低于盘1(如图2B)。

根据本发明的工具10即使用了该原理，如图3所示。该工具用于连续加工盘1的较大直径级1B，然后加工盘1的较小直径级1A。图3示出了工具10截面图的一半，其工具环绕环体的轴线(轴线X)轴对称布置。环体20和盘1同样环绕同一X轴线对称布置，图示工具10环绕盘1布置，并且配置为能够沿着轴线X相对盘1移动。

工具10特别地包括盖体30，盖体30也以环绕X轴线对称的方式布置，且盖体30环围盘1。第一环体20和第二环体20固定至盖体30的内周缘。所以，当工具移动时，盖体30的移动引起两个环体同时移动。第一环体用于加工盘1的第一级1A，第二环体用于加工盘1的第二级1B。

环绕其整个周围，盖体30有多个为工具供给电解液的注入通道36和多个排出电解液的排出通道38。每一个排出通道38包括至少一个凹槽38a和排出孔38b。凹槽38a布置在与工具的X轴线平行的方向上，排出孔38b布置在与X轴线垂直的径向方向上。电解液流动方向如图3箭头所示。盖体30包括第一部分32和第二部分34。第一部分32和第二部分34通过介于其间的环形绝缘元件50而彼此电绝缘。由于第一环体固定至盖体的第一部分32，第二环体固定至盖体的第二部分34，所以，两个环体之间也通过绝缘元件50而彼此电绝缘。由此，当两个环体中的一个在加工并且受电力驱动时时，另一环体不需要受电力驱动，从而避免了对盘1特定区域进行不需要的加工。

工具10还有两个可移动的保护装置40，可移动的保护装置40固定至盖体30的内周缘。所以，当工具移动时，盖体30的移动引起两个可移动的保护装置40同时移动。如图4所示，沿着工具的X轴线观察时，可移动的保护装置40与环体20形状相同，即，它们都是环形的，且保护装置的内周缘上具有多个径向的保护装置凸起44。可移动的保护装置40分别与环体20中的一个相邻接，并且沿工具X轴线方向位于环体上方。当工具移动时，可移动的保护装置和环体作为单元同时移动。由此，由环体20和可移动的保护装置40构成的组件形成了在其内周缘上设有多个径向凸起的环形部件。这些径向凸起的形状和尺寸与将要在盘1每一级上加工的槽一致。

进一步，可移动的保护装置40有多个流体注入通道42，每个流体注入通道都有彼此连通的径向通道部分42a和轴向通道部分42b。径向通道部分42a布置在与工具X轴线垂直的方向上，轴向通道部分42b布置在与X轴平行的方向上。流体注入通道42以这样一种方式布置：向每一个径向的保护装置凸起44供给流体，每一个轴向通道部分42b被布置成打开通向(open out onto)环体20的每一个凸起22，环体分别与可移动的保护装置40的径向凸起44相邻接，如图4所示。径向通道部分42a以这样一种方式布置：分别在盖体30的注入通道36中打开。所以，使用环体加工时，环体被供给来自盖体30的注入通道36并经过流体注入通道42的电解液。然后电解液在排出之前可以环绕环体的凸起22运行。并且，当正在加工的环体沿着X轴线移动时，与环体相邻接的绝缘保护装置40同时移动，穿入到盘1中刚刚加工好的槽中。由此，绝缘保护装置40用于保护刚刚加工好的槽部分，防止电解液在这些部分运行。由此避免了对这些部分的过度加工，并且因此保证了加工槽的质量。

固定式保护装置60也布置在盘1的外围，位于盘1的两个级之间。保护装置60构成环绕盘1的环形部件。该环形部件可以由两个部分构成，这两个部分在盘上就位后固定在一起，以便于绕盘1的外围安装和固定。这两个部分的固定装置可以是杠杆闩锁或夹紧环或其他等同的装置。保护器60可以是电绝缘的，用于保护盘1不需要加工的区域，防止电解液在这些区域运行。进一步，固定式保护装置60可以包括凸起62，凸起62用于引导电解液朝向盖体30的排出通道38，从而便于电解液和溶解物的排出。夹紧环62a用于定位并保持元件60和62在一起。密封垫圈60a环绕保护器60布置，用以为盖体30和保护器60之间的接触处提供密封。工具10、多级盘1和固定式保护装置60组成的组件还可以包括顶部固定式保护装置64和底部固定式保护装置66，顶部固定式保护装置64位于较小直径级1A上方并固定在较小直径级1A上，保护盘1顶部部分；底部固定式保护装置66位于较大直径级1B下，且以与固定式保护装置60相同的方式环绕盘1固定，保护盘1底部部分。通过防止电解液在盘1不被加工的区域运行，这些各种固定式保护装置用于保护这些区域免受电解液影响。

图5所示为用于电化学加工的机器100，其包括能够驱动工具10沿工具X轴线方向相对多级盘移动的致动器110，该致动器可以是垂直轴线致动器。

电解液回路120具有容箱122，容箱122用于通过供给回路121为环体20供给电解质，并且通过排出回路125排出电解液。

特别地，回路120有选择阀124，选择阀124可以在第一位置和第二位置之间变化，在第一位置时仅向第一环体供给电解液，在第二位置时仅向第二环体供给电解液。

其后，在供给回路121中，电解液通过泵123从容箱122中泵出；然后经过选择阀124，通向顶部保护装置40的注入通道36中或通向底部保护装置40的通道中，这取决于是期望加工顶部级1A还是底部级1B。

然后，电解液经由在用的保护装置40的流体注入通道42，并溢过环体20的凸起22和即将加工的盘的级(根据情况为1A或1B)，从而能够逐步加工级。

最后，电解液经由盖体的排出通道38排出(当加工级1A时)，或者经由位于大直径级1B下方的工具10底部区域排出(当加工级1B时)(排出回路125)。

电气回路130也用于向环体20供给电力。回路130包括电气开关132，电气开关132能够在第一位置和第二位置之间变换，在第一位置处仅第一环体由电源135供给电力，在第二位置处仅第二环体被供给电力。

由此，机器100配置为能够使盘1的第一级1A用第一环体加工，并且第二级1B用第二环体加工。

盘的加工步骤如下：

开始时，盘1在由转盘构成的支撑件140上就位，使盘能够绕X轴线转动。由此，当使用致动器驱动工具10沿着X轴线平移移动进行加工时，工具10的移动遵循相对于盘1的螺旋路径，从而可以获得期望的槽形状。

首先，工具10以这样一种方式放置：第二环体在将要加工的盘1的较大直径级1B级附近。为此，第二环体沿着轴线X置于距1B级顶部表面上方0.01mm～0.2mm的位置。

然后，通过使下列动作同时发生来加工1B级：机器100借助于致动器110沿着X轴线移动工具10；旋转盘140使盘1旋转；第二环体被供给电解质和电力。这些联合作用导致1B级被电化学加工。在此加工期间，不对第一环体供给电解质和电力。一旦第二环体沿着X轴线移动到1B级的底部表面下方，1B级的槽的加工就终止。然后，不再对第二环体供给电解质和电力。

其后，工具10以这样一种方式放置：第一环体位于1A级附近。为此，第一环体沿X轴线方向位于距第一级1A顶部表面0.01mm～0.2mm的位置。

在第一级加工期间，机器100借助致动器110沿着X轴线移动工具10，同时向第一环体供给电解质和电力，以使该1A级能够被电化学加工。在通过第一环体加工该1A级时，不向第二环体供给电解质和电力。一旦第一环体沿X轴线移动至1A级的底部表面下方，则1A级的槽加工就终止。然后，不再向第一环体供给电解质和电力。多级盘1的级加工终止。

尽管参照具体实施例对本发明进行了描述，但应当明白在不超出权利要求限定的范围内可以对这些实施例进行修改和改变。具体地，在不同实施例中所示出和/或所提及的各个特征可以在另外的实施例中组合应用。因此，说明书和附图应当被认为是说明性的而非限制性的。

同样应当明白的是，方法实施例所描述的所有特征可单独或组合地转化为工具的特征，反之，工具实施例所描述是所有特征也可单独或组合地转化为方法特征。

Claims (10)

1.在多级盘(1)中通过电化学加工制造槽的工具(10)，其特征在于，所述工具包括至少第一环体(20)和第二环体(20)，每个环体绕盘的轴线同轴地布置，并且配置为用于加工盘(1)的两个不同直径级中相应的一个级的阴极，每个环体的内周缘上设有多个径向加工凸起(22)，第一环体和第二环体彼此刚性固定。

2.如权利要求1所述的在多级盘(1)中通过电化学加工制造槽的工具(10)，其中，当沿着盘的轴线轴向观察时，所述径向加工凸起为蘑菇形。

3.根据权利要求1所述的在多级盘(1)中通过电化学加工制造槽的工具(10)，该工具进一步包括盖体(30)，环体固定至盖体(30)，所述盖体环绕环体布置，且被配置为防止环绕所述径向加工凸起运行的电解液发生径向投射。

4.根据权利要求3所述的在多级盘(1)中通过电化学加工制造槽的工具(10)，其中，其中盖体(30)包括至少两个部分，所述两个部分通过绝缘元件(50)而彼此电绝缘，第一环体和第二环体分别固定到这两个部分中的相应的一个。

5.根据权利要求3所述的在多级盘(1)中通过电化学加工制造槽的工具(10)，该工具进一步包括至少两个固定至所述盖体(30)的可移动的保护装置(40)，可移动的保护装置(40)包括用于将电解液注入到径向加工凸起(22)的流体注入通道(42)，所述两个可移动的保护装置(40)与所述第一环体(20)和第二环体(20)的相应的一个相邻。

6.一种组件，该组件包括：根据权利要求1～5任一项所述的工具(10)，多级盘(1)；和至少一个固定式保护装置(60)，固定式保护装置(60)配置为固定在盘(1)上且保护盘(1)免受电解液影响。

7.一种电化学加工用的机器，该机器包括：支撑件(140)，其能够将多级盘(1)固定到其上；根据权利要求1～5任一项所述的工具(10)；致动器(110)，其能够使工具(10)和固定至支撑件(140)上的盘(1)之间产生相对运动，盘至少有部分位于工具(10)内部；电解液回路(120)；以及电气回路(130)；机器(100)配置为在所述相对运动过程中，通过电化学加工，用第一环体加工所述盘(1)的第一级(1A)，并且用第二环体加工所述盘(1)的第二级(1B)。

8.一种利用根据权利要求1～5任一项所述的工具(10)在多级盘中通过电化学加工制造槽的方法，该方法包括如下步骤：

a)以这样一种方法定位工具(10)：所述至少一个第一环体(20)和至少一个第二环体(20)中的第一环体位于将要被加工的盘的第一级(1B)附近；

b)通过沿着盘的轴线相对盘移动工具通过电化学加工所述盘的第一级(1B)；

c)以这样一种方式定位工具(10)：所述至少一个第一环体(20)和至少一个第二环体(20)中的第二环体在将要被加工的盘的第二级(1A)附近；

d)通过沿着盘的轴线相对盘移动工具以电化学加工所述盘的第二级(1A)。

9.根据权利要求8所述的一种在多级盘中通过电化学加工制造槽的方法，该方法还包括以下步骤：

-在第b)步骤进行期间，当第一环体被加工时，断开对第二环体的电力和电解液供给；且

-在第d)步骤进行期间，当第二环体被加工时，断开对第一环体的电力和电解液供给。

10.根据权利要求8所述的一种在多级盘中用电化学加工制造槽的方法，其中，在步骤b)和/或步骤d)进行期间，所述工具相对盘的运动是围绕所述盘(1)的轴线进行的螺旋运动。

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