CN110497050A - 一种电解-拉削复合加工方法 - Google Patents

Abstract

一种电解‑拉削复合加工方法，属于特种加工技术领域，低浓度中性盐溶液通过内部流道，由多孔金属板的孔隙输送到加工间隙；多孔金属板电极在外加电势差的作用下对工件表面相对应的区域形成电化学腐蚀作用，降低工件表面基体材料的力学性能，拉刀刃切入工件，轻松切除表面多余材料，露出新鲜的基体材料；随着刀具电极持续前行，下一块多孔金属板电极对工件表面露出的新鲜基体材料再次进行电化学腐蚀作用，并由下一块拉刀刃切除表面腐蚀层，从而再次露出新鲜的基体材料；本发明提高了拉削加工的工艺性能，提高了加工质量和刀具使用寿命，降低了综合加工成本。

Description

一种电解-拉削复合加工方法

技术领域

本发明属于特种加工技术领域，涉及一种拉削加工方法，具体的说是涉及一种可改善拉削加工性能及刀具磨损，降低加工能耗的电解-拉削复合加工方法。

背景技术

拉削加工是利用特制的拉刀在拉床上实现的，它可以用于各种通孔及没有障碍的内、外型面结构加工。拉削加工工艺方法具有生产效率高、成型精度好、表面粗糙度低、加工面一致性好等显著优势，广泛应用于船舶、航空航天、能源、车辆等工程机械领域。

拉削加工通常是在低速重载的工况下进行，拉刀后刀面与工件加工表面的挤压摩擦剧烈、拉削负载巨大，极易出现挤亮点、环形波纹、划伤等加工缺陷，严重降低加工精度，增加拉削加工能耗。如何有效提高拉削性能，降低拉削温度，减缓刀具磨损程度，延长拉刀使用寿命已成为拉削工艺的主要发展方向。目前，研究者们分别尝试改变润滑方式、优化拉刀结构设计、匹配材料关系及刀具表面涂层等多个方面提升拉削加工工艺性能，取得了一定成效，但仍无法从根本上提升拉削加工的工艺性能。

复合加工工艺方法是提高加工工艺性能的有效途径，它可以避免或者减少某种工艺方法单独使用时产生的不利影响，达到了互相增强各自优势特点的作用。

电解加工是一种基于阳极工件材料电化学溶解原理实现零件加工成形的先进制造方法。相较于传统机械加工方法，电解加工具有无工具损耗、加工表面无应力、无变质层等技术优势。如何将电解加工技术与拉削加工技术相结合，从原理上减少拉削能耗和刀具损耗对进一步提高拉削技术的工艺性能具有重要的研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统拉削工艺中出现的不足，如何将电解加工技术与拉削加工技术相结合后减少拉削能耗和刀具损耗，提出一种电解-拉削复合加工方法，通过电化学腐蚀和拉削切削的异区同步复合作用，进一步提高拉削加工的工艺性能，减缓拉刀磨损的技术问题，提高加工质量、降低加工成本。

本发明的技术方案是：一种电解-拉削复合加工方法，其特征在于，所述加工方法如下：

(1)将工件和和刀具电极中的多孔金属板分别于外接电源的正负极相连，使二者之间存在一个稳定的电势差；

(2)利用低浓度中性盐溶液流过刀体内部流道和多孔金属板电极内流道，通过多孔金属板的孔隙传送到加工间隙；工件的加工区域对从多孔金属板中流出的电解液形成一定的包络作用，使得加工间隙内充斥着电解液；

(3)在工件表面与多孔金属板相对应的加工区域在电化腐蚀的作用下，形成硬度较低的电化学腐蚀层或柔软的电解加工产物；

(4)主溜板驱动刀具电极作线性主运动，拉刀片随即切入工件，轻松切除表面的电化学腐蚀层或电解加工产物，露出新鲜的基体材料；

(5)随着刀具电极持续进给，下一块多孔金属板电极逐步覆盖工件表面露出的新鲜基体材料，使之再次遭受电化学腐蚀作用，形成新的硬度较低的电化学腐蚀层或柔软的电解加工产物，并由下一块拉刀片切除，从而再次露出新鲜的基体材料；

(6)通过刀具电极上若干块多孔金属板电极和拉刀片对工件加工表面不断交替重复的电化学腐蚀作用和拉削切削作用，降低拉削过程的加工能耗，提高刀具的使用寿命和工件的加工精度。

所述工件和多孔金属板电极分别于外接电源正负极相连，二者之前存在一个稳定的电势差，其电势差值不超过15V。

所述所述加工间隙的数值不小于0.5mm。

所述低浓度中性盐溶液为NaNO₃、NaCLO₃中的一种或其组合溶液，其浓度小于5%。

所述多孔金属板的孔隙足够电解液顺利流过到达加工间隙。

所述拉刀片和多孔金属板电极通过绝缘隔板交替相隔，二者之间不构成电流回路。

所述拉刀片与工件接触，二者为等势体，为保证多孔金属板电极不会对拉刀刃产生腐蚀作用，绝缘隔板的厚度应不低于2mm。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种电解-拉削复合加工方法，复合加工方法科学，原理清晰，通过拉刀片和多孔金属板电极通过绝缘隔板交替相隔，确保二者之前不构成电流回路，低浓度中性盐溶液通过内部流道，经由多孔金属板的孔隙输送到加工间隙；加工过程中，多孔金属板电极在外加电势差的作用下对工件表面相对应的区域形成电化学腐蚀作用，以降低工件表面基体材料的力学性能，拉刀刃切入工件，轻松切除表面多余材料，露出新鲜的基体材料；随着刀具电极持续前行，下一块多孔金属板电极对工件表面露出的新鲜基体材料再次进行电化学腐蚀作用，并由下一块拉刀刃切除表面腐蚀层，从而再次露出新鲜的基体材料，通过刀具电极上若干块多孔金属板电极和拉刀片对工件加工表面不断交替重复的电化学腐蚀和拉削切削作用。本发明将电化学腐蚀作用与拉削切削过程在同一台机床的一次拉削过程中同时实现，通过二者异区同步的复合加工过程改善拉削加工的工艺性能，从原理上解决刀具磨损严重、加工能耗高的技术难题；采用低浓度的钝性盐溶液作为工作液，既能满足本发明加工原理实现的需求，又能有效防止拉刀片被腐蚀，本发明约定刀尖相对多孔电极的凸起距离，同时给出了绝缘板的厚度取值范围，避免电化学作用对拉刀片的影响。

附图说明

图1 为本发明电解-拉削复合加工原理示意图。

图2 为本发明电解-拉削复合加工过程示意图。

图3 为本发明具体实施方式示意图。

图中：绝缘隔板1、多孔金属板电极2、多孔金属板电极内流道3、刀具电极基体4、刀体内部流道5、拉刀片6、拉刀刃7、工件8、电化学腐蚀层9、电化学腐蚀产物10、气泡11、拉削加工切屑12、电解液进液口13、电解循环液系统14、引电接头15、电源16、引电柱17、刀具电极18、工件夹具19、主溜板20、引电端子21、工作台22、挡液槽23、电参数检测装置24、监控中心25、储液槽26、泵27、调压阀28、溢流阀29、过滤器30、伺服进给系统31、床身32、加工间隙33。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种电解-拉削复合加工方法，图中包括绝缘隔板1、多孔金属板电极2、多孔金属板电极内流道3、刀具电极基体4、刀体内部流道5、拉刀片6、拉刀刃7、工件8、电化学腐蚀层9、电化学腐蚀产物10、气泡11、拉削加工切屑12；拉刀片6和多孔金属板电极2通过绝缘隔板1交替相隔，二者之间不能形成电流回路；拉刀刃7的刀尖比多孔金属板电极2凸起的距离应不小于0.5mm；

图2所示，一种电解-拉削复合加工方法，图中包括电解液进液口13、电解循环液系统14、引电接头15、电源16、引电柱17；工件8和多孔金属板电极2分别于外接电源16正负极相连，二者之前存在一个稳定的电势差，其电势差值一般应小于15V左右；为保证多孔金属板电极2不会对拉刀刃7产生腐蚀作用，绝缘隔板1的厚度应不低于2mm。

图3所示，一种电解-拉削复合加工方法，图中包括工件8、电源16、刀具电极18、工件夹具19、主溜板20、引电端子21、工作台22、挡液槽23、电参数检测装置24、监控中心25、储液槽26、泵27、调压阀28、溢流阀29、过滤器30、伺服进给系统31、床身32；其中工件8、刀具电极18、工件夹具19、主溜板20、引电端子21、伺服进给系统31和床身32工作台22共同构成电解-拉削加工工作平台；工件8、刀具电极18、电源16、电参数检测装置24和监控中心25共同组成供电回路；挡液槽23、储液槽26、泵27、调压阀28、溢流阀29和过滤器30共同组成电解液循环系统；刀具电极18固定在主溜板20上，由伺服进给系统31驱动其作直线运动；工件8通过工件夹具19固定在工作台22上；通过改变刀具电极18的结构形式可完成对孔、键槽、榫槽等无障碍内外型面结构的精密、高效加工。

图1-3所示，一种电解-拉削复合加工方法，工件8和和刀具电极18中的多孔金属板2分别于外接电源16的正负极相连，使二者之间存在一个稳定的电势差；低浓度中性盐溶液流过刀体内部流道5和多孔金属板电极内流道3，通过多孔金属板2的孔隙传送到加工间隙33；工件8的加工区域对从多孔金属板2中流出的电解液形成一定的包络作用，使得加工间隙33内充斥着电解液；工件8表面与多孔金属板2相对应的加工区域在电化腐蚀的作用下，形成硬度较低的电化学腐蚀层9或柔软的电解加工产物10；主溜板20驱动刀具电极18作线性主运动，拉刀片6随即切入工件8，轻松切除表面的电化学腐蚀层9或电解加工产物10，露出新鲜的基体材料；随着刀具电极持续前行，下一块多孔金属板电极2逐渐覆盖工件8表面露出的新鲜基体材料，使之再次遭受电化学腐蚀作用形成新的硬度较低的电化学腐蚀层9或柔软的电解加工产物10，并由下一块拉刀片6切除，从而再次露出新鲜的基体材料；通过刀具电极上若干块多孔金属板电极2和拉刀片6对工件8加工表面不断交替重复的电化学腐蚀作用和拉削切削作用，显著降低拉削过程的加工能耗，提高刀具的使用寿命和工件的加工精度。

图1-3所示，一种电解-拉削复合加工的加工参数为：

工件8和多孔金属板电极2之前存在一个15V的电势差，低浓度中性盐溶液为NaNO3溶液，其浓度为5%，加工间隙22为0.5mm；绝缘隔板1的厚度应为2mm。

具体实施步骤为：

步骤(1)：安装电极工具和工件、检查机床装备并初始化。

将工件8和刀具电极18分别安装到机床工作台22和主溜板20上，检查电解液循环系统14，包括挡液槽23、储液槽26、泵27、调压阀28、溢流阀29和过滤器30皆完好无损其装接正确无误；检查工件供电回路，包括工件8、刀具电极18、电源16、电参数检测装置24和监控中心25皆完好无损其装接正确无误；初始化机床设备。

步骤(2)：开通电解液循环系统，向工具电极内部流道输送高压工作液，由多孔金属板将工作液输送到加工间隙。

开通电解液循环系统14，并通过调节调压阀28和溢流阀30调节其供液压力；伴有一定压力的电解液从电解液进水口13进入刀体内部流道5，分流给刀具电极18中的各个多孔金属板电极内流道3；在电解液压力的作用下，电解液穿过多孔金属板电极2的孔隙到达加工间隙。

步骤(3)：打开电源，向工件和工具电极中多孔金属板供电；

工件8与电源16正极相连，引电端子21与电源16负极相连引电柱接线条8，并通过各个引电柱17将电势传给相应的多孔金属板电极2。打开电源16后，工件8和刀具电极18中各个多孔金属板电极2获得一个稳定的电势差，为电解加工顺利进行提高必要条件。

步骤(4)启动机床进给系统，工具电极中多孔金属板对工件实施电解加工，工具电极中拉刀刃对工件实施机械切削加工。

启动机床伺服进给系统31，刀具电极18在主溜板20的驱动下从工件8的一端切入，工件8的加工区域对从多孔金属板电极2中流出的电解液形成一定的包络作用，使得加工间隙内充斥着电解液。多孔金属板电极2在外加电场的作用下对工件加工区域实施电解加工。主溜板20驱动刀具电极18沿主运动方向持续进给，刀具电极18中的拉刀片6的拉刀刃口7对工件8实施机械切削加工，使工件8露出新的基体表面，从而加速电化学溶解过程的材料去除效率。刀具电极18上布满若干个交替相隔的多孔金属板电极2和拉刀片6，在主溜板20的驱动下刀具电极18沿主运动方向持续进给，对工件加工面形成电解-拉削复合加工作用。

步骤(5)加工结束后，关闭电源和电解液循环系统，取出加工试样并检验。

加工结束，机床停止进给，关闭电解液循环系统14和电源16，取出工件8并检测，重复上述过程直至工件8的加工轮廓符合加工要求。

Claims (7)

1.一种电解-拉削复合加工方法，其特征在于，所述加工方法如下：

(1)将工件(8)和和刀具电极(18)中的多孔金属板(2)分别于外接电源(16)的正负极相连，使二者之间存在一个稳定的电势差；

(2)利用低浓度中性盐溶液流过刀体内部流道(5)和多孔金属板电极内流道(3)，通过多孔金属板(2)的孔隙传送到加工间隙(33)；工件(8)的加工区域对从多孔金属板(2)中流出的电解液形成一定的包络作用，使得加工间隙(33)内充斥着电解液；

(3)在工件(8)表面与多孔金属板(2)相对应的加工区域在电化腐蚀的作用下，形成硬度较低的电化学腐蚀层(9)或柔软的电解加工产物(10)；

(4)主溜板(20)驱动刀具电极(18)作线性主运动，拉刀片(6)随即切入工件(8)，轻松切除表面的电化学腐蚀层(9)或电解加工产物(10)，露出新鲜的基体材料；

(5)随着刀具电极(18)持续进给，下一块多孔金属板电极(2)逐步覆盖工件(8)表面露出的新鲜基体材料，使之再次遭受电化学腐蚀作用，形成新的硬度较低的电化学腐蚀层(9)或柔软的电解加工产物(10)，并由下一块拉刀片(6)切除，从而再次露出新鲜的基体材料；

(6)通过刀具电极(18)上若干块多孔金属板电极(2)和拉刀片(6)对工件(8)加工表面不断交替重复的电化学腐蚀作用和拉削切削作用，降低拉削过程的加工能耗，提高刀具的使用寿命和工件的加工精度。

2.根据权利要求1所述的一种电解-拉削复合加工方法，其特征在于：所述工件(8)和多孔金属板电极(2)分别于外接电源(16)正负极相连，二者之前存在一个稳定的电势差，其电势差值不超过15V。

3.根据权利要求1所述的一种电解-拉削复合加工方法，其特征在于：所述所述加工间隙(33)的数值不小于0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种电解-拉削复合加工方法，其特征在于：所述低浓度中性盐溶液为NaNO₃、NaCLO₃中的一种或其组合溶液，其浓度小于5%。

5.根据权利要求1所述的一种电解-拉削复合加工方法，其特征在于：所述多孔金属板(2)的孔隙足够电解液顺利流过到达加工间隙。

6.根据权利要求1所述的一种电解-拉削复合加工方法，其特征在于：所述拉刀片(6)和多孔金属板电极(2)通过绝缘隔板(1)交替相隔，二者之间不构成电流回路。

7.根据权利要求1所述的一种电解-拉削复合加工方法，其特征在于：所述拉刀片(6)与工件(8)接触，二者为等势体，为保证多孔金属板电极(2)不会对拉刀刃(7)产生腐蚀作用，绝缘隔板(1)的厚度应不低于2mm。