CN108788345B - 回转体表面不同高度凸台旋印电解方法及阴极系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种回转体表面不同高度凸台旋印电解加工方法及阴极系统，属于电解加工领域。该方法采用回转体工具阴极，阴极表面开有不同深度的凹槽，凹槽内部仅侧壁绝缘；按照工件表面所加工凸台高度从小到大依次将相同高度的凸台分为第1、2、3……类。加工时，电解液从侧面冲入加工区，同时向所有阴极凹槽内通入气体，保护凸台端面不被腐蚀；当阴极进给量满足第1类凸台加工要求时，切换回路1中的换向阀，向第1类凸台对应的凹槽内通入电解液，第1类凸台端面随着阴极进给不断被溶解，凸台高度趋于恒定；同理，随着进给量的增加，依次切换其他回路中的换向阀，完成整个零件表面不同高度凸台的一次加工。
Description
所属技术领域
本发明的回转体表面不同高度凸台旋印电解方法及阴极系统，属于电解加工技术领域。
背景技术
机匣是航空发动机不可缺少的一类零件，起着支撑转子，固定静子和保护核心内部结构的作用，其种类繁多，有风扇包容机匣，中介机匣，压气机机匣，外涵道机匣，燃烧室机匣，涡轮机匣等。机匣类零件多为大型薄壁回转体结构，且表面存在复杂轮廓的凹凸结构，为满足高温、高压的工作要求，材料多采用高温合金、钛合金等难加工材料。
目前，在实际生产中，机匣零件的加工以传统数控铣削为主，其加工工序繁琐，加工周期长，刀具消耗量大，加工成本高；由于材料本身较差的机械加工性能，加工过程中的切削力使机匣零件变形严重，合格率低，严重影响生产进程。
电解加工是一种基于电化学阳极溶解的特种加工技术，其加工不受材料硬度、强度等性质的限制，属于非接触式加工，无切削力与工具损耗，可有效控制工件变形，实现零件的高效和高精度加工，该技术已广泛应用于航空航天，汽车工业，兵器工业等领域。基于电解加工的众多优势可知，电解加工技术非常适用于机匣零件的加工。沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司在专利“电解加工复杂机匣型面的方法”（申请号：200910248600.9）中提出对机匣外型面进行分块、分步的电解加工方法，该方法使用阴极数目多，加工工艺过程繁琐。北京航空制造工程研究所针对薄壁机匣结构提出了旋转扫描式照相电解加工方法，在该方法中，工具阴极固定，因此该方法不适用于较高凸台轮廓的加工。南京航空航天大学在专利“航空发动机薄壁机匣电解加工方法”(申请号201410547093.X)中提出使用刚性回转体结构工具阴极来加工机匣表面复杂凸台轮廓的电解加工方法，该方法（也被称为旋印电解加工方法）只使用一个表面有与工件凸台轮廓形状对应的窗口结构的回转体阴极，工件阳极和工具阴极做同步对转运动，同时阴极向阳极进给，即可完成机匣表面复杂型面的一次成型加工。此方法具有阴极数目少，加工工序简单，机匣表面光滑，无“结刀痕”，无“流水痕”，效率高等优点，旋印电解加工在机匣零件的制造方面具有明显优势。
实际生产中，机匣表面的凸台轮廓复杂，凸台的高度也不尽相同；若采用开有镂空窗口的阴极工具进行旋印电解加工，只能加工出单一高度的凸台，无法实现不同高度凸台的一次加工成型，限制了旋印电解加工的应用范围。
发明内容
本发明旨在实现机匣表面不同高度凸台一次加工成型，提出一种回转体表面不同高度凸台旋印电解方法及阴极系统，扩大旋印电解加工的应用范围。
一种回转体表面不同高度凸台旋印电解加工方法，其特征在于包括以下过程：所采用的工具阴极为回转体结构，根据加工凸台尺寸要求，在工具阴极表面开有不同形状的凹槽，凹槽内部仅侧壁绝缘，底部不做绝缘处理，凹槽深度与所要加工的凸台高度相对应，凸台的高度越高对应凹槽的深度越深；凹槽底部开有通道，用于向凹槽内通入气体或电解液;在加工前，根据回转体工件阳极表面凸台高度进行分类，高度相同的凸台分为一类，按照凸台高度从小到大依次分为第1、2、3…...类;加工开始时，工件阳极接电源正极，工具阴极接电源负极，工件阳极与工具阴极以相同的角速度同步对转，同时工具阴极以恒定的速度向工件阳极不断进给，电解液从侧面高速冲刷加工区;同时通过凹槽底部的通道向所有凹槽内部通入压缩空气，当工件阳极加工形成的凸台转入工具阴极的凹槽内部时，压缩空气在凸台表面形成一层气膜，保护凸台表面不被电解腐蚀；随着工具阴极进给，所加工凸台高度不断增加，当凸台高度达到第1类凸台高度时，停止向第1类凸台对应的凹槽内部通入压缩空气，改为通入电解液，使得第1类凸台表面开始电解，随着加工的持续第1类凸台高度保持恒定；随着阴极继续进给，除第1类凸台高度保持恒定,其余凸台高度增加达到第2类凸台高度时，停止向第2类凸台对应的凹槽内部通入压缩空气，改为通入电解液，使第2类凸台表面开始电解，随着加工的持续第2类凸台高度也保持恒定；同理，依次停止向第3类及其它类凸台所对应的凹槽内部通入压缩空气，改为通入电解液，最终实现工件表面不同高度凸台结构的一次加工成形。
本发明还包括回转体表面不同高度凸台旋印电解方法的阴极系统，其特征在于：该阴极系统包括回转体阴极和气/液调控系统；其中回转体工具阴极表面开有不同形状的凹槽，凹槽内部仅侧壁绝缘，底部不做绝缘处理，凹槽深度与所要加工的凸台高度相对应，凸台的高度越高对应凹槽的深度越深；凹槽底部开有通道，用于向凹槽内通入气体或电解液；其中气/液调控系统包括若干气/液调控回路；每一支气/液调控回路包括储液槽，液路阀门，离心泵，空压机，气路阀门，电磁换向阀，伺服阀，电磁流量计；其中储液槽依次经过液路阀门、离心泵与电磁换向阀的第一入口端相连；空压机经过气路阀门与电磁换向阀的第二入口端相连；电磁换向阀的出口端经过伺服阀、电磁流量计后利用多路旋转接头与工具阴极凹槽底部的通道相连；根据工件阳极表面凸台的分类，对工具阴极表面的凹槽进行同样的分类，每一类凹槽与同一支回路相连。
本发明的有益效果在于：
1、该发明采用带有不同深度凹槽的回转体阴极，能够精确控制加工中工件表面各个凸台的加工高度，实现工件表面不同高度凸台一次性加工成型。
2、通过气液调控方式能够显著提高凸台加工精度及加工稳定性。通过向阴极凹槽内充入压缩空气，能够保护凸台表面不被杂散腐蚀，提高凸台成型精度；而当进给深度达到凸台加工高度时，向阴极凹槽内通入电解液，使得凸台表面材料能够被溶解，将加工产物及热量及时排除，保证了凸台加工的稳定性。
3、该发明通过电磁流量计与伺服阀的配合使用，可以实现回路中气/液流量的智能、精确控制。
附图说明
图1是工件表面凸台分类示意图；
图2是与图1工件对应的工具阴极截面图；
图3是气/液调控系统图；
图4是多路旋转接头、主轴和工具阴极的连接方式；
图5是阴极凹槽内部辅助供液支路分布图；
其中标号名称：1、储液槽，2、液路阀门，3、离心泵，4、空压机，5、气路阀门，6、电磁换向阀，7、伺服阀，8、电磁流量计，9、多路旋转接头，10、工具阴极，11、工件阳极，12、主轴，13、阴极上盖板，14、多路旋转接头转子，15、多路旋转接头定子，16、阴极下盖板，17、多通接头，18、快速接头。
具体实施方式
图1所示为工件表面凸台分类示意图，按照高度将凸台分类，高度相同的为一类，并按照凸台高度从小到大依次把其分为①、②、③、④类，以确定辅助供液回路的数目及各回路气/液切换时间，另外凸台的分类也确定了多路旋转接头9的型号与多通接头17的型号与数目。
图2所示的工具阴极结构，根据图1中的工件表面凸台轮廓来设计工具阴极10表面凹槽的形状，凹槽根据其深度也同样将其分为①、②、③、④类；对凹槽四周内壁绝缘处理，底部不做绝缘处理，凹槽底部设计有通道，通道靠近阴极内壁端有一段螺纹，以安装快速接头18。
图3所示气/液调控系统图，气/液调控系统包括若干气/液调控回路；每一支气/液调控回路包括储液槽1，液路阀门2，离心泵3，空压机4，气路阀门5，电磁换向阀6，伺服阀7，电磁流量计8；其中储液槽1依次经过液路阀门2、离心泵3与电磁换向阀6的第一入口端相连；空压机4经过气路阀门5与电磁换向阀6的第二入口端相连；电磁换向阀6的出口端经过伺服阀7、电磁流量计8后利用多路旋转接头9与阴极凹槽底部的通道相连；根据工件表面凸台的分类，对工具阴极表面的凹槽进行同样的分类，每一类凹槽与同一支回路相连。
图4所示的多路旋转接头9、主轴12和工具阴极10的连接方式中，多路旋转接头9通过转子14上端的法兰与主轴连接，阴极上盖板13与多路旋转接头转子14的下端的法兰固定连接，工具阴极10通过下盖板16与螺栓与阴极上盖板固定连接，这样主轴12的旋转运动就可以传递到工具阴极10，满足加工要求。
图5所示阴极凹槽内部辅助供液支路分布图中，多路旋转接头9每个出口连接的多通接头17的型号由该出口所供液的凹槽数目决定。
Claims (2)
1.一种回转体表面不同高度凸台旋印电解方法，其特征在于包括以下过程：
所采用的工具阴极为回转体结构，根据加工凸台尺寸要求，在工具阴极表面开有不同形状的凹槽，凹槽内部仅侧壁绝缘，底部不做绝缘处理，凹槽深度与所要加工的凸台高度相对应，凸台的高度越高对应凹槽的深度越深；凹槽底部开有通道，用于向凹槽内通入气体或电解液;
在加工前，根据回转体工件阳极表面凸台高度进行分类，高度相同的凸台分为一类，按照凸台高度从小到大依次分为第1、2、3…...类;
加工开始时，工件阳极接电源正极，工具阴极接电源负极，工件阳极与工具阴极以相同的角速度同步对转，同时工具阴极以恒定的速度向工件阳极不断进给，电解液从侧面高速冲刷加工区;
同时通过凹槽底部的通道向所有凹槽内部通入压缩空气，当工件阳极加工形成的凸台转入工具阴极的凹槽内部时，保护凸台表面不被电解腐蚀；
随着工具阴极进给，所加工凸台高度不断增加，当凸台高度达到第1类凸台高度时，停止向第1类凸台对应的凹槽内部通入压缩空气，改为通入电解液，使得第1类凸台表面开始电解，随着加工的持续第1类凸台高度保持恒定；
随着阴极继续进给，除第1类凸台高度保持恒定,其余凸台高度增加达到第2类凸台高度时，停止向第2类凸台对应的凹槽内部通入压缩空气，改为通入电解液，使第2类凸台表面开始电解，随着加工的持续第2类凸台高度也保持恒定；
同理，依次停止向第3类及其它类凸台所对应的凹槽内部通入压缩空气，改为通入电解液，最终实现工件表面不同高度凸台结构的一次加工成形。
2.实现权利要求1所述回转体表面不同高度凸台旋印电解方法的阴极系统，其特征在于：
该阴极系统包括回转体阴极和气/液调控系统；
其中回转体工具阴极表面开有不同形状的凹槽，凹槽内部仅侧壁绝缘，底部不做绝缘处理，凹槽深度与所要加工的凸台高度相对应，凸台的高度越高对应凹槽的深度越深；凹槽底部开有通道，用于向凹槽内通入气体或电解液；
其中气/液调控系统包括若干气/液调控回路；每一支气/液调控回路包括储液槽（1），液路阀门（2），离心泵（3），空压机（4），气路阀门（5），电磁换向阀（6），伺服阀（7），电磁流量计（8）；其中储液槽（1）依次经过液路阀门（2）、离心泵（3）与电磁换向阀（6）的第一入口端相连；空压机（4）经过气路阀门（5）与电磁换向阀（6）的第二入口端相连；电磁换向阀（6）的出口端经过伺服阀（7）、电磁流量计（8）后利用多路旋转接头（9）与工具阴极凹槽底部的通道相连；根据工件阳极表面凸台的分类，对工具阴极表面的凹槽进行同样的分类，每一类凹槽与同一支回路相连。
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