CN110773829B - 一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形装置及方法 - Google Patents

一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形装置，包括安装在机床Z轴上用于加工型腔的成形电极，还包括用于支撑工件的装夹工装，装夹工装包括安装在机床工作台上的底座，底座上沿竖直方向设有支架，支架上端转动设有用于固定工件的分度盘，分度盘与支架之间设有用于限制分度盘转动的分度销，装夹工装还包括可拆卸的用于将工件夹紧在分度盘上的压环；本发明采用精密电解加工方法，通过设计具有特定端面形状的成形电极对工件表面进行“复制”加工的方式，实现复杂曲面浅表型腔结构的高效、高精度加工，为此类构件加工提供一种低制造成本、高效率、高精度的工艺方法。

Description

一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形装置及方法
技术领域
本发明涉及电解加工工艺技术领域，特别是涉及一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形装置及方法。
背景技术
电解加工是利用电化学阳极溶解原理，对金属实现去除加工的一种特种工艺方法。具有加工效率高、工具电极不消耗、加工无应力、表面完整性好等特点，适用于各种难加工金属材料(不锈钢、钛合金、高温耐热合金)的高效、精密加工，特别适合高效去除大量材料的零件批生产加工及各种三维复杂形状的加工。
电解加工时工具电极为阴极，工件为阳极。一般采用金属材料作为工具电极(阴极)，工具电极加工面形状与工件(阳极)要求形状凹凸相反，如加工凹槽、孔时工具阴极端部是凸筋结构，加工凸台时工具阴极端部形状是凹槽结构。电解加工时工件阳极和工具阴极间保持一定的间隙，极间施加直流电压，电解液一般采用中性的盐溶液，在极间形成电化学反应池，同时高速流动不断带走电解产物以及热量并去极化。工件按工具阴极的形状不断溶解，直到工件的形状和尺寸达到要求为止。
薄壁筒体内、外复杂曲面型腔加工过程中存在变形及刀具干涉问题，导致数控铣削等传统机加方法很难或难以实现。目前，主要采用冲压方式进行成形，然后将冲出的多余材料通过机械加工的方式去除。这种工艺方法存在很大的局限性：(1)零件是薄壁件，经过冲压后变形严重；(2)减重结构的圆角很难控制，冲压成形精度较差；(3)零件经过冲压后还需进行热处理、车削等工序，工序冗长，零件的生产周期较长。(4)冲压使材料产生塑性变形，导致基体产生较大的内应力和微裂纹；复杂工况下，工件内部会产生裂纹，从而影响工件的使用寿命和可靠性。
发明内容
本发明实施例提供了一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形装置及方法，采用精密电解加工方法，通过设计具有特定端面形状的成形电极对工件表面进行“复制”加工的方式，实现复杂曲面浅表型腔结构的高效、高精度加工，为此类构件加工提供一种低制造成本、高效率、高精度的工艺方法，满足军民领域产品加工要求。
第一方面，本发明的实施例提出了一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形装置，包括安装在机床Z轴上用于加工型腔的成形电极，还包括用于支撑工件的装夹工装，装夹工装包括安装在机床工作台上的底座，底座上沿竖直方向设有支架，支架上端转动设有用于固定工件的分度盘，分度盘与支架之间设有用于限制分度盘转动的分度销，装夹工装还包括可拆卸的用于将工件夹紧在分度盘上的压环；
成形装置还包括设在成形电极下端的用于电解液流通的水套，水套前后两端面分别设有进液口与出液口，进液口与出液口内壁面与成形电极外表面之间设有间隙A。
进一步地，分度盘轴线与支架垂直。
进一步地，间隙A尺寸为1-3mm。
进一步地，进液口设有两个，出液口设有一个。
第二方面，提供了一种采用第一方面的一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形方法，包括如下步骤：
步骤1：将底座固定在机床工作台上，将工件安装在分度盘上，并用压环压紧，插入分度销将分度盘固定在支架上；
步骤2：调整成形电极位置，设置成形电极与工件之间的初始间隙B；
步骤3：将工件和成形电极分别和电源正极和负极连接，向水套中通入带有压力的电解液，选定加工参数后施加电压进行用于整平加工表面的第一阶段加工和用于均匀成形的第二阶段加工作业，完成一个型腔的电解加工；
步骤4：完成上述步骤后，拔出分度销，旋转分度盘，进入下一个型腔的加工位置后，插入分度销，将分度盘重新固定后重复步骤3直至将所有型腔加工完成。
进一步地，电解液为浓度为10％-20％的NaNO3，电解液压范围控制在0.2-0.8MPa，电解液温度范围25-40℃。
进一步地，初始间隙B为0.1-0.3mm。
进一步地，加工电压设定在20-24V。
进一步地，第一阶段为超窄脉冲加工，第一阶段参数为脉宽t＝0.1ms，脉冲占空比5％，电极进给速度为0.05mm/min，加工行程0.1mm。
进一步地，第二阶段为精密振动电解加工，第二阶段参数为脉宽t＝3ms，脉冲占空比75％，电极进给速度为0.25mm/min，加工行程0.85mm。
综上，本发明可以实现多种复杂表面形状的加工，与机械加工中的数控铣削相比，表面无切削力和表层内应力，不需要变形控制和去除过程的反复热处理，无刀具损耗，大幅度提高了加工效率，降低了成本，并且精密电解加工方法能够有效解决薄壁筒体内、外复杂曲面浅表型腔结构加工过程中的变形问题，且加工阴极无损耗，可以重复使用，适用于批量生产，大大提高生产效率，降低生产成本。本发明可应用于所有筒体薄壁构件的复杂曲面浅表形状的加工中，具有很大的应用价值；本发明设计采用两段式参数进行加工。第一段参数采用超窄脉冲进行高点的选择性蚀除，达到整平的目的；第二段采用精密振动电解加工参数，实现均匀去除成形。采用两段式加工方式，在均匀去除之前进行整平加工，最大程度地消除遗传误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的电解成形装置结构示意图；
图2是本发明中进液口示意图；
图3是本发明中出液口示意图；
图4是本发明中电解液流动路线示意图。
图中：1-成形电极；2-水套；3-工件；4-型腔；5-压环；6-分度盘；7-支架；8-底座；9-机床Z轴；10-进液口；11-出液口；12-机床工作台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例的一种薄壁筒体构件浅表型腔4电解成形装置，包括安装在机床Z轴9上用于加工型腔4的成形电极1，还包括用于支撑工件3的装夹工装，装夹工装包括安装在机床工作台12上的底座8，底座8上沿竖直方向设有支架7，支架7上端转动设有用于固定工件3的分度盘6，分度盘6轴线与支架7垂直，分度盘6与支架7之间设有用于限制分度盘6转动的分度销，装夹工装还包括可拆卸的用于将工件3夹紧在分度盘6上的压环5，分度盘6与工件3内环面配合实现工件3径向定位和固定，轴向采用压环5夹紧，保证工件3与分度盘6始终接触，一方面固定轴向位置，另一方面能够实现电传导；
作为本发明的一具体实施例，如图4所示，成形装置还包括设在成形电极1下端的用于电解液流通的水套2，水套2前后两端面分别设有进液口10与出液口11，进液口10与出液口11内壁面与成形电极1外表面之间设有间隙A，间隙A尺寸为1-3mm。
作为本发明的一具体实施例，如图2和图3所示，为了保证在加工区全域内充满一定压力的电解液，形成刚性流场，使加工区的流场更均匀，保证加工过程的稳定进行，进液口10设有两个，出液口11设有一个。
第二方面，提供了一种采用第一方面的一种薄壁筒体构件浅表型腔4电解成形方法，包括如下步骤：
步骤1：将底座8固定在机床工作台12上，将工件3安装在分度盘6上，并用压环5压紧，插入分度销将分度盘6固定在支架7上；
步骤2：调整成形电极1位置，设置成形电极1与工件3之间的初始间隙B；
步骤3：将工件3和成形电极1分别和电源正极和负极连接，向水套2中通入带有压力的电解液，选定加工参数后施加电压进行用于整平加工表面的第一阶段加工和用于均匀成形的第二阶段加工作业，完成一个型腔4的电解加工；
步骤4：完成上述步骤后，拔出分度销，旋转分度盘6，进入下一个型腔4的加工位置后，插入分度销，将分度盘6重新固定后重复步骤3直至将所有型腔4加工完成。
作为本发明的一具体实施例，电解液为浓度为10％-20％的NaNO3，电解液压范围控制在0.2-0.8MPa或0.4-0.5MPa，电解液温度范围25-40℃或30-32℃。
作为本发明的一具体实施例，初始间隙B为0.1-0.3mm或0.2mm。
作为本发明的一具体实施例，加工电压设定在20-24V或22V。
作为本发明的一具体实施例，第一阶段为超窄脉冲加工，第一阶段参数为脉宽t＝0.1ms，脉冲占空比5％，电极进给速度为0.05mm/min或0.15-0.35mm/min，加工行程0.1mm。
作为本发明的一具体实施例，第二阶段为精密振动电解加工，第二阶段参数为脉宽t＝3ms，脉冲占空比75％，电极进给速度为0.25mm/min或0.15-0.35mm/min，加工行程0.85mm。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (3)

1.一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形方法，是使用一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形装置的成形方法，所述成形装置包括安装在机床Z轴上用于加工型腔的成形电极，还包括用于支撑工件的装夹工装，装夹工装包括安装在机床工作台上的底座，底座上沿竖直方向设有支架，支架上端转动设有用于固定工件的分度盘，分度盘与支架之间设有用于限制分度盘转动的分度销，装夹工装还包括可拆卸的用于将工件夹紧在分度盘上的压环；成形装置还包括设在成形电极下端的用于电解液流通的水套，水套前后两端面分别设有进液口与出液口，所述进液口设有两个，出液口设有一个，进液口与出液口内壁面与成形电极外表面之间设有间隙A，所述间隙A尺寸为1-3mm，所述分度盘轴线与支架垂直，其特征在于，所述成形方法，包括如下步骤：
步骤1：将底座固定在机床工作台上，将工件安装在分度盘上，并用压环压紧，插入分度销将分度盘固定在支架上；
步骤2：调整成形电极位置，设置成形电极与工件之间的初始间隙B为0.1-0.3mm；
步骤3：将工件和成形电极分别和电源正极和负极连接，向水套中通入带有压力的电解液，选定加工参数后施加电压进行用于整平加工表面的第一阶段加工和用于均匀成形的第二阶段加工作业，完成一个型腔的电解加工；所述第一阶段为超窄脉冲加工，第一阶段加工参数为脉宽t＝0.1ms，脉冲占空比5％，电极进给速度为0.05mm/min，加工行程0.1mm；所述第二阶段为精密振动电解加工，第二阶段参数为脉宽t＝3ms，脉冲占空比75％，电极进给速度为0.25mm/min，加工行程0.85mm；
步骤4：完成上述步骤后，拔出分度销，旋转分度盘，进入下一个型腔的加工位置后，插入分度销，将分度盘重新固定后重复步骤3直至将所有型腔加工完成。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形方法，其特征在于，所述电解液为浓度为10％-20％的NaNO3，电解液压范围控制在0.2-0.8MPa，电解液温度范围25-40℃。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁筒体构件浅表型腔电解成形方法，其特征在于，所述加工电压设定在20-24V。
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