CN109277655B - 多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置及方法，属于电解加工技术领域。该装置由主体结构、薄片旋转装置、薄片定位装置、薄片锁紧装置和薄片张紧装置组成。薄片旋转装置通过卷曲转动可以实现工具阴极底部出液孔、缝形状的改变，进而改变流场和电场分布情况；薄片定位和锁紧装置用于调整薄片金属带位置，确保底部特定的出液孔、缝在工具阴极正下方；张紧装置可使薄片金属带保持足够的张力，避免加工时金属带的晃动。本发明在电解喷射加工时，可在不更换阴极工具的情况下快速改变阴极工具底部流场和电场分布，针对不同加工情况选取合适的底部出液孔（缝）形状，提高了加工效率，同时也避免了更换刀具带来的二次定位误差等问题。

Description

多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置及方法

技术领域

本发明涉及一种多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置及方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

在航空航天、武器军工等领域，关键零部件体形大并采取整体结构化设计来保证其使用性能和减小装配误差。这类零部件材料需要满足重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀等有点，因此钛合金、高温合金等材料使用率逐步上升。如高温合金GH4169在CF6发动机中占据总重量的34%。由于钛合金、高温合金等材料硬度大、导热性差，加工时易粘刀，切削加工性能差，大型整体结构如钛合金中央件从毛坯到成品材料去除率达70%，传统机械加工具有效率低，成本巨大等缺点，同时还会带来成品研发周期长，更新换代慢的缺点。

电解加工是基于电化学加工时阳极溶解原理并借助于成型电极、将工件按一定的形状和尺寸加工成型的一种工艺方法。由于电解加工不存在切削力，无电极损耗、表面加工质量好，加工效率高。因此，电解加工广泛运用于钛合金大型整体结构件的加工，如成型电解加工发动机叶片、套料电解加工整体叶盘以及旋印电解加工发动机匣。目前，南京航空航天大学已经在此掌握了成熟的工艺规律。

数控展成电解铣削加工不同于传统的成型电解加工，是一种以简单形状电极加工复杂型面的柔性电解加工。它以控制软件的编制代替复杂的成形阴极的设计、制造，以阴极相对工件的展成运动来加工出复杂型面。这种加工方法工具阴极形状简单，设计制造方便，应用范围广，具有很大的加工柔性，适用于小批量、多品种、甚至单件试制的生产中。如整体叶轮上的扭曲叶片之类通道狭窄的零件表面，由于受到工具阴极刚性和加工送进方式的限制，拷贝式电解加工难以完成任务，而数控展成电解铣削则具备其加工能力，且成本更低，柔性更好。

电解铣削加工根据电解液是否从工具阴极内部喷射至加工区域分为内喷式电解铣削加工和外喷式电解铣削加工，电解液内喷能够将高速高压的电解液直接喷射至加工间隙，及时带走加工产物和焦耳热，保证加工间隙处电解液的新鲜和高导电率，加工效率高效稳定。

内喷式数控展成电解铣削加工加工面为工具阴极底面，底面形状及底面出液孔、缝的形状严重影响加工区域电场和流场分布，做实验或者实际加工时需要根据不同情况制造多把底部不同的刀具，并更换，为实验或加工带来了不便。

发明内容

本发明提出了一种多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置及方法，旨在面对不同加工情况时，在不更换刀具的前提下，转换工具阴极底部出液孔、缝形状，进而改变加工区域电场和流场分布，减少了更换刀具和夹具的时间，大大提高了加工效率，同时也避免了更换刀具带来的二次定位误差等问题。

一种多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置，其特征在于：上述装置由主体结构、薄片旋转装置、薄片定位装置、薄片锁紧微调装置和张紧装置组成。

所述主体结构由工具阴极主体和后盖组成；工具阴极主体由上下两部分组成，上部分为上壁，下部分由左壁、右壁、前壁组成；其中左壁、右壁、前壁和上述后盖围成空腔；左壁的右侧具有左挡板，右壁的左侧具有右挡板；左挡板、右挡板、前壁和后盖围成阴极流道；上述工具阴极主体的上壁面具有与该阴极流道对应的流道入口；上述左壁和左挡板之间为左安装腔，右壁和右挡板之间为右安装腔。左右安装腔体之间用于安装卷轴、金属薄片、张紧轴和张紧螺钉。

所述薄片旋转装置结构如下：上述左安装腔和右安装腔内自上而下均安装有一根卷轴和一根限位轴，其中卷轴两端分别插入前壁和后盖的卷轴孔中并可以旋转；限位轴两端分别插入前壁和后盖的限位轴孔中并固定不动；上述薄片金属带为长方形镂空金属薄片，金属片上具有多套待用的镂空图案；将安装于左安装腔内的卷轴称为左卷轴，安装于右安装腔内的卷轴称为右卷轴；该薄片金属带第一端缠绕在左卷轴上，中间绕过两个限位轴，第二端缠绕在右卷轴上，该装置可以实现工具阴极底部开口形状的快速改变。

所述薄片定位装置结构如下：上述右卷轴的后端伸出后盖上的卷轴孔，在后盖上以该卷轴孔为中心按放射方式开有一组定位槽，该定位槽分布方式通过严格计算得到；定位长条通过销钉安装于卷轴后端，定位长条可以绕着销钉自由摆动；当薄片金属带上某图案转动到工具阴极底部时，定位长条刚好到达后盖特定定位槽位置，将定位长条摆到定位槽内实现定位功能。

所述薄片锁紧装置由两对分别沿左右卷轴中心对称的橡胶锁紧机构组成；上述左右卷轴的前端伸出前壁上的卷轴孔；橡胶锁紧机构由锁紧螺钉、锁紧块和锁紧橡胶组成；锁紧块安装于前壁上，锁紧螺钉安装于锁紧块上，锁紧橡胶安装于锁紧螺钉端部；定位完成后，略微调整保证金属薄片对应图案在工具阴极底部，此时锁紧螺钉通过螺纹连接不断伸出锁紧块，并带动锁紧橡胶从两侧紧贴在左右卷轴上，将左右卷轴抱死，实现锁紧功能。

所述薄片张紧装置由两根张紧轴和两根张紧螺钉组成；该张紧轴两端分别插入前壁和后盖的张紧轴活动槽中，穿过左右腔体；张紧螺钉分别安装于左壁和右壁，其端部对准张紧轴；张紧螺钉通过螺纹连接关系在左壁和右壁内推进或缩回，以此推动张紧轴在张紧轴活动槽中来回移动，由于张紧轴一直和薄片金属带接触，因此可以调节薄片金属带的松紧程度。

所述的多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置的加工方法，其过程在于：

组装上述工具阴极装置，将工具阴极主体和主轴进水管连接并接通工作电源负极；

待加工金属工件通过夹具安装固定在工作台上并接通工作电源正极；

对刀，调整初始加工间隙；

通电解液，使得电解液经工具阴极流道从底部镂空薄片金属中孔和缝流出喷射至工件上；

通电，工具阴极在机床主轴带动下运动，实现对金属的去除加工；

通过旋转卷轴更换工具阴极底部薄片金属带图案来改变加工区域电场和流场，满足不同的加工要求；

关闭电源和电解液，将工具阴极移至初始位置，加工结束。

本发明具有如下优点：

1、本装置可通过旋转卷轴进而改变工具阴极底部金属薄片的出液孔、缝分布排列，改变加工区域电场和流场分布，针对不同加工情况及时调整，简单易行，减少了更换刀具和夹具的时间，大大提高了加工效率，同时也消除了因更换刀具需二次定位产生定位误差的问题。

2、通过定位长条和定位槽可快速更换刀具底面镂空图案，通过锁紧块和锁紧橡胶压紧卷轴可防止卷轴加工时发生转动，操作简便快捷。

3、薄片金属带可长期使用，经济环保，因正常加工过程中不会有损耗，所以无需更换；当电解加工中意外轻微打火则可转动薄片金属带到其他图案继续加工，即使严重打火将薄片金属带从中间烧断，仍可将其余未被烧伤部分缠绕在卷轴上继续使用。

附图说明

图1为多图案镂空薄片金属带装置结构图（正）；

图2为多图案镂空薄片金属带旋转装置示意图；

图3为多图案镂空薄片金属带装置结构图（背）；

图4为多图案镂空薄片金属带张紧装置示意图；

图5为多图案镂空薄片金属带示意图；

图6为多图案镂空薄片金属电解喷射加工示意图

其中标号名称为：1.工具阴极主体、2. 定位长条、3. 薄片金属带、4.限位轴、5.张紧轴、6.张紧螺钉、7.卷轴、8.销钉、9.锁紧螺钉、10.锁紧块、11、锁紧橡胶、12.后盖、13.定位槽、14.张紧轴活动槽、15.电解液、16.工件

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步说明：

本发明由主体结构（见图1、3）、一组薄片旋转装置（见图2）、薄片定位装置（见图3）、一组薄片锁紧装置（见图4）和一组薄片张紧装置（见图1）组成，可实现在不更换阴极工具的情况下快速改变底部流场和电场分布，针对不同加工情况选取合适的底部出液孔（缝）形状，大大提高了加工效率，同时也避免了更换刀具带来的二次定位误差等问题。

如图1和图3所示，本装置主体结构由工具阴极主体和后盖组成，工具阴极主体内部有流道，和主轴进水管连接，后壁镂空，方便组装其他装置，安装完成后将后盖合上，工具阴极底部为镂空薄片金属，通过卷轴的转动可随时改变工具阴极底部出液孔（缝）形状和排布（见图5），进而改变电解加工区的电场和流场分布。

如图2所示，该薄片金属带卷绕在左右两根卷轴上，工具阴极底部由左右限位轴限制薄片金属带在底部的长度尺寸，只需要旋转卷轴即可更换工具阴极底部出液孔（缝）形状图案，定位长条可作为省力结构方便旋转薄片金属带到指定位置。为保证薄片金属带始终保持张紧力，防止其在底面位置处出现弯曲下垂，通过旋转张紧螺钉推动张紧轴在活动槽内移动，使得张紧轴压紧薄片金属带并保持一定的张力，避免薄片金属带松弛晃动。

如图3所示，当定位长条摆动至后盖上的定位槽正上方位置时，刚好可将薄片金属带上某一种特定的图案旋转至工具阴极底部位置，此时只需将定位长条插入定位槽即可锁定薄片金属带，实现定位功能。

如图4所示 ，当定位长条放入定位槽中，仍会有少许余量可以转动，微调后通过旋转锁紧螺钉带动其头部的锁紧橡胶紧紧夹住两根卷轴，避免卷轴在加工过程中出现抖动。

如图6所示，具体加工时步骤如下：

步骤一：组装上述工具阴极装置，将工具阴极主体和主轴进水管连接并接通工作电源负极；

步骤二：待加工的金属工件装夹在机床工作平台上，并连接工作电源正极；

步骤三：对刀，调整工具阴极的位置，保证初始加工间隙；

步骤四：通电解液，检查电解液温度和循环过滤系统运行正常，稳定；

步骤五：通电，工具阴极在主轴带动下进给，实现对金属的去除加工；

步骤六：加工完成后关闭电源和电解液，将刀具移到初始位。

Claims (2)

1.一种多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置，其特征在于：

上述装置包括主体结构、薄片金属带（3）、薄片旋转装置、薄片定位装置、薄片锁紧装置和薄片张紧装置；

上述主体结构由工具阴极主体（1）和后盖（12）组成；工具阴极主体（1）由上下两部分组成，上部分为上壁，下部分由左壁、右壁、前壁组成；其中左壁、右壁、前壁和上述后盖（12）围成空腔；左壁的右侧具有左挡板，右壁的左侧具有右挡板；左挡板、右挡板、前壁和后盖围成阴极流道；上述工具阴极主体（1）的上壁面具有与该阴极流道对应的流道入口；上述左壁和左挡板之间为左安装腔，右壁和右挡板之间为右安装腔；

上述薄片旋转装置结构如下：上述左安装腔和右安装腔内自上而下均安装有一根卷轴（7）和一根限位轴（4），其中卷轴（7）两端分别插入前壁和后盖的卷轴孔中并可以旋转；上述限位轴（4）两端分别插入前壁和后盖的限位轴孔中固定不动；上述薄片金属带（3）为长方形镂空金属薄片，金属薄片上具有多套待用的镂空图案；将安装于左安装腔内的卷轴称为左卷轴，安装于右安装腔内的卷轴称为右卷轴；该薄片金属带（3）第一端缠绕在左卷轴上，中间绕过两个限位轴（4），第二端缠绕在右卷轴上；

上述薄片定位装置结构如下：上述右卷轴后端伸出后盖上的卷轴孔，在后盖上以该卷轴孔为中心按放射方式开有一组定位槽（13）；定位长条（2）通过销钉（8）安装于卷轴（7）后端，定位长条（2）可以绕着销钉自由摆动；当薄片金属带（3）上某图案转动到工具阴极底部时，定位长条（2）刚好到达后盖（12）某一定位槽（13）位置，将定位长条（2）摆到定位槽（13）内实现定位功能；

上述薄片锁紧装置由两对分别沿左右卷轴（7）中心对称的橡胶锁紧机构组成；橡胶锁紧机构由锁紧螺钉（9）、锁紧块（10）和锁紧橡胶（11）组成；锁紧块（10）安装于前壁上，锁紧螺钉（9）安装于锁紧块（10）上，锁紧橡胶（11）安装于锁紧螺钉（9）端部；定位完成后，略微调整保证金属薄片（3）对应图案在工具阴极底部，此时锁紧螺钉（9）通过螺纹连接不断伸出锁紧块（10），并带动锁紧橡胶（11）从两侧紧贴在左右卷轴（7）上，实现锁紧功能；

上述薄片张紧装置由两根张紧轴（5）和两根张紧螺钉（6）组成；该张紧轴（5）两端分别插入前壁和后盖的张紧轴活动槽（14）中，穿过左右腔体；张紧螺钉（6）分别安装于左壁和右壁，其端部对准张紧轴（5）；张紧螺钉（6）通过螺纹连接关系在左壁和右壁内推进或缩回，以此推动张紧轴（5）在张紧轴活动槽（14）中移动，调节薄片金属带（3）的松紧程度。

2.根据权利要求1所述的多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置的加工方法，其过程在于：

组装多图案镂空薄片金属带电解喷射加工装置，将工具阴极主体（1）和主轴进水管连接并接通工作电源负极；

待加工金属工件（16）通过夹具安装固定在工作台上并接通工作电源正极；

对刀，调整初始加工间隙；

通电解液（15），使得电解液经工具阴极流道从底部镂空薄片金属（3）中孔和缝流出喷射至工件（16）上；

通电，工具阴极在机床主轴带动下运动，实现对金属的去除加工；

通过旋转卷轴（7）更换工具阴极底部薄片金属带（3）图案来改变加工区域电场和流场，满足不同的加工要求；

当薄片金属带（3）上某图案转动到工具阴极底部时，薄片定位装置的定位长条（2）刚好到达后盖（12）某一定位槽（13）位置，将定位长条（2）摆到定位槽（13）内实现定位功能；定位完成后微调保证略微调整保证金属薄片（3）对应图案在工具阴极底部，接着薄片锁紧装置的锁紧螺钉（9）通过螺纹连接不断伸出锁紧块（10），并带动锁紧橡胶（11）从两侧紧贴在卷轴（7）上，实现锁紧功能；薄片张紧装置的张紧螺钉（6）通过螺纹连接关系在左壁和右壁内推进或缩回，以此推动张紧轴（5）在张紧轴活动槽（14）中移动，调节薄片金属带（3）的松紧程度；

关闭电源和电解液，将工具阴极装置移至初始位置，加工结束。

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