CN109465508A - 一种钛合金异形型腔电解加工方法 - Google Patents

一种钛合金异形型腔电解加工方法 Download PDF

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CN109465508A CN201811278248.9A CN201811278248A CN109465508A CN 109465508 A CN109465508 A CN 109465508A CN 201811278248 A CN201811278248 A CN 201811278248A CN 109465508 A CN109465508 A CN 109465508A
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张盛
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卢文壮
杨振文
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Abstract

本发明公开了一种钛合金异形型腔电解加工方法，采用阴极杆、阴极组成进给端，并将钛合金工件固定在导电的夹具底座上，在进给端外套设与夹具底座密封连接的背压筒，将电解液依次通过阴极杆的进液孔和阴极的出液孔流至钛合金工件的异形型腔加工表面，并通过机床的主轴推进连接成阴极杆和阴极向钛合金工件进给；电解液通过加工而成的异形型腔流出，并通过背压筒回流。本发明采用夹具底座固定钛合金工件，机床的主轴推进阴极，使得电解加工过程稳定高效，得到的钛合金工件质量可靠。

Description

一种钛合金异形型腔电解加工方法
技术领域
本发明涉及一种电解加工技术领域，具体涉及一种钛合金异形型腔电解加工方法。
背景技术
在钛合金具有比强度高，热稳定性好，耐腐蚀性强等优点，主要用作火箭发动机外壳、航空发动机压缩机盘及叶片、各种结构锻件和紧固件等。
电解加工是利用阳极电化学溶解原理进行材料蚀除，并最终将零件加工成形的工艺技术。该技术不受工件材料力学性能、机械性能限制，零件表面加工质量高，具有无应力、无热影响区、工具阴极无损耗等优点，广泛应用于航空航天、微电子、生物医学、模具制造等工程领域，适用于高硬度高强度金属复杂型腔、型面和型孔的加工。
在航空航天领域，大量的零部件采用钛合金材料并且包含复杂异形的型腔。但是，钛合金材料可加工性较差，铣削加工时刀具磨损量较大，型腔大余量去除效率较低，且型腔表面存在机械切削残余应力，容易产生变形。同时，钛合金自钝性强，在电解加工时工件表面容易形成钝化膜而使过钝电位较高、维钝电流低，加工较为困难；加工过程中，特别是在低电流密度下容易形成点蚀而影响表面粗糙度。
发明内容
本发明针对现有技术，提供了一种加工过程稳定高效、加工得到的钛合金工件质量可靠的钛合金异形型腔电解加工工装夹具。
本发明通过下述技术方案实现：一种钛合金异形型腔电解加工方法，采用阴极杆、阴极组成进给端，并将钛合金工件固定在导电的夹具底座上，在进给端外套设与夹具底座密封连接的背压筒，将电解液依次通过阴极杆的进液孔和阴极的出液孔流至钛合金工件的异形型腔加工表面，并通过机床的主轴推进连接成阴极杆和阴极向钛合金工件进给；电解液通过加工而成的异形型腔流出，并通过背压筒回流，具体包括以下步骤：
S1）工件装夹：将钛合金工件固定在夹具底座上；
S2）装配进给端和背压筒；将背压腔固定在夹具底座上，装配阴极和阴极杆使出液孔和进液孔连通，将阴极杆固定在主轴上，调整机床主轴的位置，使阴极杆和阴极伸入背压筒中；
S3）电路连接：机床的主轴通过铜排线连接电源负极，夹具底座通过铜排线连接电源正极；
S4）通入电解液：通过进液孔、出液孔通入电解液，使电解液充满夹具底座和背压筒形成的空腔；
S5）电解加工：启动机床，机床的主轴推动阴极贴紧钛合金工件的待加工表面，并随着电解不断进给，在钛合金工件上复制加工出和阴极形状相同的异形型腔，加工完毕，阴极退出型腔，完成电解加工。
所述阴极的横截面形状与钛合金工件上待加工的异形型腔形状相同。所述阴极靠近夹具底座的一端设置有弧形的通液槽，所述通液槽与出液孔连通。所述通液槽沿阴极的端面弧形延伸，提高了钛合金工件型腔加工过程中，阴极端面的电解液流速均匀性，配合背压腔的使用消除了钛合金工件异形型腔加工过程中电解液的流场易于出现负压、空穴、缺液等现象，保证了流场的稳定，减少了短路的发生，有利于异形型腔的加工稳定性。
所述阴极杆的一端设置有外螺纹，所述阴极杆远离外螺纹的一端的端面设置有配合槽，所述阴极与配合槽过盈配合。所述进液孔的出口设置在配合槽内与阴极的出液孔连通。所述阴极和阴极杆可拆卸连接，便于拆装阴极，也便于阴极的更换。同时所述阴极杆与主轴螺纹连接，便于拆装阴极杆，便于阴极杆的更换，便于加工不同形状的型腔时，更换不同的阴极杆和阴极，方便快捷。
电解加工过程中，所述阴极杆的一端伸入所述背压筒内且与背压筒过盈配合，所述背压筒远离阴极杆的一端与夹具底座密封连接，所述阴极的末端与阴极杆伸入背压筒的一端固定连接，且阴极向夹具底座延伸；所述阴极杆内设置有进液孔，所述阴极中间设置有与工件定位孔连通的出液孔，所述进液孔与出液孔相互连通。
进一步地，所述夹具底座上设置有水平十字相交的圆形孔和工件定位孔，所述圆形孔的轴线在电解加工过程中与背压筒、阴极杆、主轴的轴线在同一直线上；所述夹具底座远离阴极杆的一侧还设置有用于压紧钛合金工件的压板。
所述步骤S1）中，钛合金工件放入工件定位孔中，调整钛合金工件使钛合金工件上待加工的部位位于圆形孔的范围内，压板上螺纹连接紧定螺钉，拧紧紧定螺钉，压紧钛合金工件，完成工件装夹。
所述圆形孔的直径不大于阴极腔的内径。所述紧定螺钉将钛合金工件压紧，使钛合金工件在加工过程中不会发生移动，同时避免电解加工过程中电解液不随着工件定位孔渗出。
所述夹具底座远离背压筒的一侧设置有多个与夹具底座螺纹连接的紧定螺钉，所述紧定螺钉伸入工件定位孔，所述圆形孔的直径不大于阴极腔的内径。
进一步地，所述圆形孔与背压筒通过密封圈密封连接。
进一步地，所述背压筒包括同轴设置有的外壁和内壁，所述内壁围成阴极腔，所述内壁和外壁之间围成背压腔；所述阴极杆连接阴极的一端伸入阴极腔中且与阴极腔密封连接；所述内壁上设置有与背压腔连通的回液口，所述外壁上设置有出液口。
所述步骤S4）中，电解液依次从阴极杆的进液孔、阴极的出液孔流入，再通过背压腔的出液口、回流管道回流至阴极杆的进液孔。
进一步地，所述阴极靠近夹具底座的一侧设置有沿阴极侧壁涂覆的绝缘层。
所述绝缘层通过以下步骤制备：将阴极侧壁靠近夹具底座的一侧铣削去除与绝缘层厚度相同的一层，然后在铣削出的阴极侧壁上涂覆绝缘材料，使涂覆后的绝缘材料的表面与未铣削的阴极表面在同一平面上，凝固后，完成绝缘层的制备。
进一步地，所述绝缘层采用环氧树脂材料制备。
所述电解加工过程中，所述电解液为NaCl和NaNO3 混合溶液，其NaCl和NaNO3质量浓度优选为15~30%，所述NaCl和NaNO3 的质量浓度比优选为1:1~1:3。所述电解液的电解加工温度为35~40℃。所述背压腔内压力为0.8~0.9MPa。
进一步地，所述背压筒的材质为有机玻璃，方便观察电解加工状态，便于工作人员时刻把握加工进程。同时，由于有机玻璃为良好的绝缘材料，防止加工过程中导电短路。
进一步地，所述夹具底座采用不锈钢材料制备。
优选的，所述钛合金异形型腔电解加工方法具体包括以下步骤：
S0）：根据待加工的异形型腔的形状，选择相同形状的阴极；将阴极侧壁靠近夹具底座的一侧铣削去除与绝缘层厚度相同的一层，然后在铣削出的阴极侧壁上涂覆绝缘材料，使涂覆后的绝缘材料的表面与未铣削的阴极表面在同一平面上，凝固后，完成绝缘层的制备。
S1）工件装夹：钛合金工件放入工件定位孔中，调整钛合金工件使钛合金工件上待加工的部位位于圆形孔的范围内，压板上螺纹连接紧定螺钉，拧紧紧定螺钉，压紧钛合金工件，完成工件装夹。
S2）装配进给端和背压筒；将背压腔固定在夹具底座上，将阴极远离绝缘层的一端插入阴极杆的配合槽内，并转动阴极，使阴极的出液孔与阴极杆的进液孔连通，再将阴极杆固定在主轴上，调整机床主轴的位置，使阴极杆和阴极伸入背压筒中；
S3）电路连接：机床的主轴通过铜排线连接电源负极，夹具底座通过铜排线连接电源正极；
S4）通入电解液：通过进液孔、出液孔通入电解液，使电解液充满夹具底座和背压筒形成的空腔；再通过背压腔的出液口、回流管道回流至阴极杆的进液孔。
S5）电解加工：启动机床，机床的主轴推动阴极贴紧钛合金工件的待加工表面，并随着电解不断进给，在钛合金工件上复制加工出和阴极形状相同的异形型腔，加工完毕，阴极退出型腔，完成电解加工。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明所提供的一种钛合金异形型腔电解加工方法采用夹具底座固定钛合金工件，机床的主轴推进阴极，使得电解加工过程稳定高效，得到的钛合金工件质量可靠。
（2）本发明所提供的一种钛合金异形型腔电解加工方法的电解液流动形式为正向流动，弧形通液槽和背压腔的采用消除了异形型腔加工过程中流场易于出现负压、空穴、缺液等现象，保证了流场的稳定，减少了短路的发生，有效提高了加工的稳定性和加工精度。
（3）本发明所提供的一种钛合金异形型腔电解加工方法的阴极侧壁采用环氧树脂材料作为绝缘层，方法简单可靠，成本低廉，可以有效减少型腔侧壁和工件表面的杂散腐蚀，提高了加工质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的阴极结构示意图；
图3为本发明的背压筒结构示意图；
图4为本发明的夹具底座结构示意图；
图5为本发明中阴极的剖面图；
图6为本发明中阴极杆的剖面图；
图7为本发明中背压筒的剖面图；
其中：100—钛合金工件，1—阴极，11—通液槽，12—出液孔，2—阴极杆，21—配合槽，22—进液孔，3—背压筒，31—外壁，32—内壁，321—回液口，33—阴极腔，34—背压腔，341—出液口，4—夹具底座，41—工件定位孔，42—圆形孔，43—紧定螺钉，44—压板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1~图7所示，一种钛合金异形型腔电解加工工装的夹具，固定安装在机床工作台上，包括依次设置的阴极1、阴极杆2、背压筒3和夹具底座4；所述阴极杆2的一端伸入所述背压筒3内且与背压筒3过盈配合，所述背压筒3远离阴极杆2的一端与夹具底座4密封连接，所述阴极1的末端与阴极杆2伸入背压筒3的一端固定连接，且阴极1向夹具底座4延伸；所述夹具底座4上设置有与背压筒3连通的工件定位孔41；所述阴极杆2内设置有进液孔22，所述阴极1中间设置有与工件定位孔41连通的出液孔12，所述进液孔22与出液孔12相互连通。
所述背压筒3靠近夹具底座4的一侧设置有安装凸台，所述安装凸台上设置有若干沿安装凸台的轴线周向均匀分布的螺纹孔，所述背压筒3通过穿过螺纹孔的螺钉或螺杆与夹具底座4螺纹连接。
所述夹具底座4优选为L型底座，包括连接为一体的竖直座和水平座，所述工件定位孔41设置在竖直座上，且延伸方向与水平座的延伸方向相互平行，所述夹具底座4通过压紧在水平座上的压紧块将夹具底座4固定在机床上固定。
本发明所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，采用阴极杆2、阴极1组成进给端，并将钛合金工件100固定在导电的夹具底座4上，在进给端外套设与夹具底座4密封连接的背压筒3，将电解液依次通过阴极杆2的进液孔22和阴极1的出液孔12流至钛合金工件100的异形型腔加工表面，并通过机床的主轴推进连接成阴极杆2和阴极1向钛合金工件100进给；电解液通过加工而成的异形型腔流出，并通过背压筒3回流，具体包括以下步骤：
S1工件装夹：将钛合金工件100固定在夹具底座4上；
S2装配进给端和背压筒3；将背压腔34固定在夹具底座4上，装配阴极1和阴极杆2使出液孔12和进液孔22连通，将阴极杆2固定在主轴上，调整机床主轴的位置，使阴极杆2和阴极1伸入背压筒3中；
S3电路连接：机床的主轴通过铜排线连接电源负极，夹具底座4通过铜排线连接电源正极；
S4通入电解液：通过进液孔22、出液孔12通入电解液，使电解液充满夹具底座4和背压筒3形成的空腔；
S5电解加工：启动机床，机床的主轴推动阴极1贴紧钛合金工件100的待加工表面，并随着电解不断进给，在钛合金工件100上复制加工出和阴极1形状相同的异形型腔；电解加工过程中，所述电解液为NaCl和NaNO3 混合溶液，其NaCl和NaNO3质量浓度优选为15~30%，所述NaCl和NaNO3 的质量浓度比优选为1:1~1:3。所述电解液的电解加工温度为35~40℃。所述背压腔34内压力为0.8~0.9MPa。加工完毕，阴极1退出型腔，完成电解加工。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上进行改进，其改进之处在于：所述阴极1的横截面形状与钛合金工件100上待加工的异形型腔形状相同。所述阴极1靠近夹具底座4的一端设置有弧形的通液槽11，所述通液槽11与出液孔12连通。所述通液槽11沿阴极1的端面弧形延伸，提高了钛合金工件100型腔加工过程中，阴极1端面的电解液流速均匀性，配合背压腔34的使用消除了钛合金工件100异形型腔加工过程中电解液的流场易于出现负压、空穴、缺液等现象，保证了流场的稳定，减少了短路的发生，有利于异形型腔的加工稳定性。
本实施例中其他部分与实施例1基本相同，故不再一一赘述。
实施例3
本实施例是在实施例1或2的基础上进行改进，其改进之处在于：所述阴极杆2的一端设置有外螺纹，所述阴极杆2远离外螺纹的一端的端面设置有配合槽21，所述阴极1与配合槽21过盈配合。所述进液孔22的出口设置在配合槽21内与阴极1的出液孔12连通。所述阴极1和阴极杆2可拆卸连接，便于拆装阴极1，也便于阴极1的更换。同时所述阴极杆2与主轴螺纹连接，便于拆装阴极杆2，便于阴极杆2的更换，便于加工不同形状的型腔时，更换不同的阴极杆2和阴极1，方便快捷。
电解加工过程中，所述阴极杆2的一端伸入所述背压筒3内且与背压筒3过盈配合，所述背压筒3远离阴极杆2的一端与夹具底座4密封连接，所述阴极1的末端与阴极杆2伸入背压筒3的一端固定连接，且阴极1向夹具底座4延伸；所述阴极杆2内设置有进液孔22，所述阴极1中间设置有与工件定位孔41连通的出液孔12，所述进液孔22与出液孔12相互连通。
本实施例中其他部分与实施例1或2基本相同，故不再一一赘述。
实施例4
本实施例是在实施例1~3任一实施例的基础上进行改进，其改进之处在于：所述夹具底座4上设置有水平十字相交的圆形孔42和工件定位孔41，所述圆形孔42的轴线在电解加工过程中与背压筒3、阴极杆2、主轴的轴线在同一直线上；所述夹具底座4远离阴极杆2的一侧还设置有用于压紧钛合金工件100的压板44。所述圆形孔42与背压筒3通过密封圈密封连接。
所述步骤S1中，钛合金工件100放入工件定位孔41中，调整钛合金工件100使钛合金工件100上待加工的部位位于圆形孔42的范围内，压板44上螺纹连接紧定螺钉43，拧紧紧定螺钉43，压紧钛合金工件100，完成工件装夹。
所述圆形孔42的直径不大于阴极腔33的内径。所述紧定螺钉43将钛合金工件100压紧，使钛合金工件100在加工过程中不会发生移动，同时避免电解加工过程中电解液不随着工件定位孔41渗出。
本实施例中其他部分与实施例1~3任一实施例基本相同，故不再一一赘述。
实施例5
本实施例是在实施例1~4任一实施例的基础上进行改进，其改进之处在于：所述背压筒3包括同轴设置有的外壁31和内壁32，所述内壁32围成阴极腔33，所述内壁32和外壁31之间围成背压腔34；所述阴极杆2连接阴极1的一端伸入阴极腔33中且与阴极腔33密封连接；所述内壁32上设置有与背压腔34连通的回液口321，所述外壁31上设置有出液口341。
所述步骤S4中，电解液依次从阴极杆2的进液孔22、阴极1的出液孔12流入，再通过背压腔34的出液口341、回流管道回流至阴极杆2的进液孔22。
本实施例中其他部分与实施例1~4任一实施例基本相同，故不再一一赘述。
实施例6
本实施例是在实施例1~5任一实施例的基础上进行改进，其改进之处在于：所述阴极1靠近夹具底座4的一侧设置有沿阴极1侧壁涂覆的绝缘层。
所述绝缘层通过以下步骤制备：将阴极1侧壁靠近夹具底座4的一侧铣削去除与绝缘层厚度相同的一层，然后在铣削出的阴极1侧壁上涂覆绝缘材料，使涂覆后的绝缘材料的表面与未铣削的阴极1表面在同一平面上，凝固后，完成绝缘层的制备。
所述绝缘层采用环氧树脂材料制备。
本实施例中其他部分与实施例1~5任一实施例基本相同，故不再一一赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：采用阴极杆（2）、阴极（1）组成进给端，并将钛合金工件（100）固定在导电的夹具底座（4）上，在进给端外套设与夹具底座（4）密封连接的背压筒（3），将电解液依次通过阴极杆（2）的进液孔（22）和阴极（1）的出液孔（12）流至钛合金工件（100）的异形型腔加工表面，并通过机床的主轴推进连接成阴极杆（2）和阴极（1）向钛合金工件（100）进给；电解液通过加工而成的异形型腔流出，并通过背压筒（3）回流，具体包括以下步骤：
S1）工件装夹：将钛合金工件（100）固定在夹具底座（4）上；
S2）装配进给端和背压筒（3）；将背压腔（34）固定在夹具底座（4）上，装配阴极（1）和阴极杆（2）使出液孔（12）和进液孔（22）连通，将阴极杆（2）固定在主轴上，调整机床主轴的位置，使阴极杆（2）和阴极（1）伸入背压筒（3）中；
S3）电路连接：机床的主轴通过铜排线连接电源负极，夹具底座（4）通过铜排线连接电源正极；
S4）通入电解液：通过进液孔（22）、出液孔（12）通入电解液，使电解液充满夹具底座（4）和背压筒（3）形成的空腔；
S5）电解加工：启动机床，机床的主轴推动阴极（1）贴紧钛合金工件（100）的待加工表面，并随着电解不断进给，在钛合金工件（100）上复制加工出和阴极（1）形状相同的异形型腔，加工完毕，阴极（1）退出型腔，完成电解加工。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：所述夹具底座（4）上设置有水平十字相交的圆形孔（42）和工件定位孔（41），所述圆形孔（42）的轴线在电解加工过程中与背压筒（3）、阴极杆（2）、主轴的轴线在同一直线上；所述夹具底座（4）远离阴极杆（2）的一侧还设置有用于压紧钛合金工件（100）的压板（44）。
3.根据权利要求2所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：所述步骤S1）中，钛合金工件（100）放入工件定位孔（41）中，调整钛合金工件（100）使钛合金工件（100）上待加工的部位位于圆形孔（42）的范围内，压板（44）上螺纹连接紧定螺钉（43），拧紧紧定螺钉（43），压紧钛合金工件（100），完成工件装夹。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：所述背压筒（3）包括同轴设置有的外壁（31）和内壁（32），所述内壁（32）围成阴极腔（33），所述内壁（32）和外壁（31）之间围成背压腔（34）；所述阴极杆（2）连接阴极（1）的一端伸入阴极腔（33）中且与阴极腔（33）密封连接；所述内壁（32）上设置有与背压腔（34）连通的回液口（321），所述外壁（31）上设置有出液口（341），所述出液口（341）外接回流管道。
5.根据权利要求4所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：所述步骤S4）中，电解液依次从阴极杆（2）的进液孔（22）、阴极（1）的出液孔（12）流入，再通过背压腔（34）的出液口（341）、回流管道回流至阴极杆（2）的进液孔（22）。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：所述阴极（1）靠近夹具底座（4）的一侧设置有沿阴极（1）侧壁涂覆的绝缘层。
7.根据权利要求6所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：所述绝缘层通过以下步骤制备：将阴极（1）侧壁靠近夹具底座（4）的一侧铣削去除与绝缘层厚度相同的一层，然后在铣削出的阴极（1）侧壁上涂覆绝缘材料，使涂覆后的绝缘材料的表面与未铣削的阴极（1）表面在同一平面上，凝固后，完成绝缘层的制备。
8.根据权利要求2所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：所述电解液为NaCl和NaNO3 混合溶液。
9.根据权利要求2所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：所述电解液的电解加工温度为35~40℃。
10.根据权利要求所述的一种钛合金异形型腔电解加工方法，其特征在于：所述背压腔（34）内压力为0.8~0.9MPa。
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