CN110860748A - 一种深异型孔电解加工装置和加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深异型孔电解加工装置和加工方法。所述电解加工装置包括筒状结构，截面具有与深异型孔轮廓对应相同的结构加工阴极；其内具有电解液流通的通孔的管轴，加工阴极沿管轴长度方向延伸并与管轴的一端连接；套设在管轴的外周壁的外侧的固定积液套，且固定积液套与管轴之间设有缝隙；一端可滑动地套设在固定积液套的外周壁上，另一端可滑动地套设在管轴的外周壁上的活动积液套。本发明加工效率高、加工产品质量高且适用于加工难度高的深异型孔、深凹型腔。

Description

一种深异型孔电解加工装置和加工方法

技术领域

本发明涉及电解加工技术领域，特别是涉及一种深异型孔电解加工装置和加工方法。

背景技术

先进智能装备在结构设计中，为了提高主承力零部件的强度，同时降低重量，广泛采用整体结构，而一般这类大型整体复杂结构多为钛合金材料，拥有大量的深异型孔、深凹型腔，如截面尺寸50mm-120mm，深度100mm-250mm，这些深异型孔、深凹型腔如果采用机械加工则存在去除量大、可达性差、效率低、成本高的缺点，已成为生产中的瓶颈问题。

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(如不锈钢、钛合金、高温耐热合金等)的高效加工，尤其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，工具电极加工面形状与阳极工件要求形状凹凸相反。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。

但是现有电解加工机床在加工深异型孔、深凹型腔是还存在如下难题：一、对深异型孔、深凹型腔整块材料去除大大降低了加工效率、延长了加工时间并提高了加工难度；二、受电解加工机床开度影响，目前加工装置在加工过程中对深异型孔、深凹型腔活动不够自由，加工的深度不够。

鉴于此，如何提供一种加工效率高、加工产品质量高且适用于加工难度高的深异型孔、深凹型腔的电解加工装置和加工方法是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例第一方面提供了一种深异型孔电解加工装置。包括加工阴极、管轴、固定积液套和活动积液套。采用电解加工方式大大提高深异型孔加工质量和加工效率。

本发明实施例第二方面提供一种深异型孔电解加工方法。包括将电解加工装置安装在电解加工机床的阴极安装板上，将电解加工装置与电解液循环连接；再将固定积液套固定在待加工工件的待加工区域上；将待加工工件与电解加工机床的阳极安装板连接。本发明的加工方法，加工效率大为提高。

(2)技术方案

本发明的实施例第一方面提出了一种深异型孔电解加工装置，包括：加工阴极、管轴、固定积液套和活动积液套；加工阴极为筒状结构，其截面具有与所述深异型孔轮廓对应相同的结构；管轴其内具有电解液流通的通孔，所述加工阴极沿所述管轴长度方向延伸并与所述管轴的一端连接；固定积液套套设在所述管轴的外周壁的外侧，且所述固定积液套与所述管轴之间设有缝隙；活动积液套的一端可滑动地套设在所述固定积液套的外周壁上，另一端可滑动地套设在所述管轴的外周壁上。

进一步地，所述加工阴极为导体材质制成，其外周壁和内周壁上涂覆有绝缘层。

进一步地，所述电解加工装置还包括：不少于一个的围绕所述管轴周向设置的弹簧以及与所述弹簧数量相等的弹性压杆，所述弹簧的一端与所述管轴远离所述加工阴极的一端连接，所述弹簧的一端连接在所述弹性压杆的一端，所述弹性压杆的另一端连接在所述活动积液套上。

进一步地，所述活动积液套上均匀设有不少于一个的入液管接口，用于向所述活动积液套与所述管轴之间的空腔内注入电解液。

进一步地，所述管轴远离所述加工阴极的一端连接有背压集液腔体，所述背压集液腔体连通至所述加工阴极内的通孔，所述背压集液腔体上均匀设有不少于一个的出液管接口。

进一步地，所述背压集液腔体远离所述管轴的一端设有顶板，所述顶板与电解加工机床的阴极安装板连接。

进一步地，所述活动积液套与所述固定积液套的外周壁滑动连接处设有第一密封圈；所述活动积液套与所述管轴的外周壁滑动连接处设有第二密封圈。

进一步地，所述固定积液套固定连接在待加工工件上。

进一步地，所述固定积液套通过螺栓固接在所述待加工工件上，且所述固定积液套与所述待加工工件之间还设有第三密封圈。

本发明的实施例第二方面提出了一种深异型孔电解加工方法，采用本发明实施例第一方面提出的任一项的深异型孔电解加工装置，该方法包括：

将所述电解加工装置安装在电解加工机床的阴极安装板上，并将电解加工装置与电解液循环连接；再将所述电解加工装置上的固定积液套固定在所述待加工工件的待加工区域上；将待加工工件与电解加工机床的阳极安装板连接；启动电解加工机床，按照预设加工程序进行加工。

(3)有益效果

本发明所示的电解加工装置：通过设计筒状结构截面具有与深异型孔轮廓对应相同的结构加工阴极，实现对待加工工件材料的高效套形去除，大大减少了材料的去除量，提高了加工效率；通过电解液的反流式布局，形成电解液收敛流场，改善加工间隙冲刷状态，及时带走加工产生的尘屑；通过活动积液套和固定积液套活动套接配合，形成可变尺寸的水套结构，大幅减少了固定式水套的占用空间，突破了机床开度的限制，与电解加工机床匹配效果好；通过电解加工方式为大尺寸深异型孔的高效加工提供一种低制造成本、高效率和高质量的方法，满足各领域对高质量产品的加工要求。

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是本发明实施例第一方面的一种电解加工装置的结构图。

图2是本发明实施例第二方面的一种电解加工方法的流程示意图。

图3是本发明实施例第二方面的一种电解加工方法加工的一种加工零件的结构示意图。

图中：阴极安装板1、顶板2、背压集液腔体3、出液管接口4、弹簧5、弹性压杆6、入液管接口7、活动积液套8、固定积液套9、加工阴极10、外侧壁11、内侧壁12、待加工工件13、螺栓14、第三密封圈15、第一密封圈16、管轴17、第二密封圈18。

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1-附图3并结合实施例来详细说明本申请。

参阅附图1所示，本发明实施例第一方面的一种深异型孔电解加工装置，包括：加工阴极10、管轴17、固定积液套9和活动积液套8。具体的，加工阴极10为筒状结构，其截面具有与所述深异型孔轮廓对应相同的结构；管轴17内具有电解液流通的通孔，加工阴极10沿管轴17长度方向延伸并与管轴17的一端连接；固定积液套9套设在管轴17的外周壁的外侧，且固定积液套9与所述管轴17之间设有缝隙；活动积液套8的一端可滑动地套设在所述固定积液套9的外周壁上，另一端可滑动地套设在所述管轴17的外周壁上。

在本发明实施例中，为便于说明，如附图1所示，管轴17可以竖直向下设置，电解加工装置的加工阴极10连接在管轴17的下端，固定积液套9套设在管轴17下端部位，活动积液套8套设在固定积液套9和管轴17上端部位；待加工工件13设置在加工阴极10的下端。为了实现在待加工工件13上加工出深异型孔或深凹型腔，首先可以按照该深异型孔的结构设计出筒状结构的截面具有与深异型孔轮廓对应相同结构的加工阴极10，然后将加工阴极10安装在管轴17上。在实际电解加工中，电解液可以从固定积液套9、活动积液套8与加工阴极10之间的空腔中流入到加工阴极10与待加工工件13接触的位置。而加工阴极10通过管轴17可以与电解机床电极的负极连接，作为电解加工的阴极，待加工工件13与电极的正极连接，作为电解加工的阳极。这样电解机床驱动管轴17、加工阴极10接触待加工工件13时，正负电极接触便实现了电解加工操作，而电解加工过程中电解液可以从加工阴极10与待加工工件13接触的位置流入到加工阴极10管状的内部，再流入到管轴17内电解液流通的通孔中排出。最后，活动积液套8的活动设计可以随着加工阴极10加工深入到待加工工件13中的深度的深浅而发生变化，刚开始加工时加工阴极10未深入到待加工工件13中，管轴17在竖直方向上处于较高位置，此时，活动积液套8可活动移动到上端位置，当加工到接近末端位置时，加工阴极10深入到待加工工件13中，管轴17在竖直方向上处于较低位置，活动积液套8可向下活动移动到下端位置一实现对加工接触位置补充电解液。

本发明实施例针对现有深异型孔、腔的整体复杂结构多采用线切割及机械加工结合的方法具有效率低、加工质量差、容易萌生裂纹、加工成本高的难点，设计了一种利用电解加工装置，通过电解加工过程中不产生热，可以避免热缺陷的问题，能提高加工质量。同时设计了一种筒状结构的截面具有与深异型孔轮廓对应相同的结构加工阴极10配合电解加工装置一起加工，可应用于复杂型面、型腔等结构的加工。深异型孔、深型腔如采用传统的电解“复制”加工，实际的去除量也很大，而且在加工深度较大时，由于流场冲刷不利，会导致电解产物在间隙中堆积，出现短路而导致加工无法进行。因此，筒状结构的加工阴极10可以只需要去除深异型孔周壁区域的材料即可，大大降低了去除量，进而提高了加工效率。

除此之外，针对现有电解机床结构的限制，无法采用反水式电解液流场布局的难题，本发明实施例创造性地设计的固定积液套9和活动积液套8与加工阴极10之间形成的空腔与加工阴极10、管轴17内部形成了反水式电解液流场布局，有效解决了电解加工对电解液的需求，同时反水式流动的电解液可以带走电解加工过程中产生的尘屑。另外，活动积液套8、固定积液套9与加工阴极10套接式结构设计可以大大缩小占地面积，能更好地与电解机床配合使用。

最后，活动积液套8的活动套接结构可以随着加工过程上下活动移动，与现有的固定式水套结构相比，具有占用空间小的优点，与现有电解机床匹配效果好。

综上所述，本发明实施例的电解加工装置：一、通过设计筒状结构截面具有与深异型孔轮廓对应相同的结构加工阴极10，实现对待加工工件13材料的高效套形去除，大大减少了材料的去除量，提高了加工效率；二、通过电解液的反流式布局，形成电解液收敛流场，改善加工间隙冲刷状态；三、通过活动积液套8、固定积液套9活动套接配合，形成可变尺寸的水套，大幅减少了固定式水套的占用空间，突破了机床开度的限制，具有很强的进步意义；四、通过电解加工方式为大尺寸深异型孔的高效加工提供一种低制造成本、高效率和高质量的方法，满足各领域对高质量产品的加工要求。

具体地，本发明实施例第一方面的一种深异型孔电解加工装置中加工阴极10为导体材质制成，参阅附图1所示，其外侧壁11和内侧壁12上可以涂覆有绝缘层。其中，绝缘层可以为环氧树脂；另外，在导体材质的加工阴极10外侧壁11和内侧壁12上涂覆有绝缘层后，电解加工时，在加工阴极10的端部露出一部分金属形成正负极接通，从而你只会在此区域实现电解加工，加工出的深异型孔形状更加贴近真实需求的形状，且加工区域会更小，材料去除量也会更少，更加有利于提高加工效率、减少加工难度、降低成本。

进一步地，本发明实施例第一方面的又一种深异型孔电解加工装置，参阅附图1所示，还包括不少于一个的围绕管轴17周向设置的弹簧5以及与弹簧5数量相等的弹性压杆6，弹簧5的一端与管轴17远离加工阴极10的一端连接，弹簧5的一端连接在弹性压杆6的一端，弹性压杆6的另一端连接在活动积液套8上。在本发明实施例中弹簧5以及弹性压杆6均设有四个。为实现活动积液套8的上下移动，通过弹簧5、弹性压杆6将活动积液套8与管轴17连接，可以实现活动积液套8随管轴17的移动而移动，当管轴17处在最高位置时，弹簧5、弹性压杆6带动活动积液套8也处于最高位置，此时电解液可以由活动积液套8、固定积液套9流入到加工阴极10与待加工工件13接触位置；当管轴17慢慢向下移动时，弹簧5、弹性压杆6带动活动积液套8也慢慢向下移动，此时电解液可以由活动积液套8、固定积液套9流入到加工阴极10与待加工工件13接触位置；最后，当管轴17移动到加工阴极10加工的最终位置时(在图中也就是最下端位置)，活动积液套8也处于最下端位置，此时电解液还可以由活动积液套8、固定积液套9流入到加工阴极10与待加工工件13接触位置完成整个电解液注入过程。本发明实施例便于带动活动积液套8移动且实现活动积液套8、固定积液套9组成的水套的尺寸变化，适应现有电解机床的使用。

进一步地，参阅附图1所示，本发明实施例第一方面的另一个深异型孔电解加工装置中活动积液套8上均匀设有不少于一个的入液管接口7，用于向活动积液套9与管轴17之间的空腔内注入电解液。在此为便于说明，入液管接口7可以设有一个或四个，而入液管接口7的设置主要是为了方便向活动积液套8与管轴17之间的空间内注入电解液，以实现电解加工对电解液的需求，同时实现流动式电解液带走加工废屑的有益效果。

具体地，参阅附图1所示，本发明实施例第一方面的深异型孔电解加工装置中管轴17远离加工阴极10的一端连接有背压集液腔体3，背压集液腔体3连通至加工阴极10内的通孔，背压集液腔体3上均匀设有不少于一个的出液管接口4。如前所述，在活动积液套8上设置有入液管接口7，电解液从入液管接口7流入到活动积液套8与管轴17之间的空隙中随后流入到固定积液套9与管轴17之间的空隙中，再流入到加工阴极10与待加工工件13电解加工位置处后流入到加工阴极10筒体内部；紧接着便流入到管轴17内部的通孔中；最后经过通孔流入到背压集液腔体3中，由出液管接口4排出，实现电解液的循环流动，从而将加工阴极10与待加工工件13电解加工产生的废料带走。

进一步地，参阅附图1所示，本发明实施例第一方面的有一个深异型孔电解加工装置中背压集液腔体3远离所述管轴17的一端设有顶板2，顶板2与电解加工机床的阴极安装板1连接。一般的，电解加工装置需要与解加工机床连接，设置的顶板2可以采用结构强度较强的材质制成，其与电解加工机床的阴极安装板1连接，便于分散电解加工机床施加其上的压力，避免直接施加在其他部件上造成整个电解加工装置其他部件变形，影响使用寿命。

具体地，参阅附图1所示，本发明实施例第一方面的深异型孔电解加工装置中活动积液套8与固定积液套9的外周壁滑动连接处设有第一密封圈16；活动积液套8与管轴17的外周壁滑动连接处可以设有第二密封圈18。在本发明实施例中活动积液套8在管轴17长度方向上可以进行移动，且注入进活动积液套8中的电解液需要从加工阴极10的端部与待加工工件13接触部位流入到加工阴极10筒体内部，所以，一般不希望电解液从活动积液套8与固定积液套9的外周壁滑动连接处、活动积液套8与管轴17的外周壁滑动连接处溢出，第一密封圈16的设置可以很好地避免电解液从活动积液套8与固定积液套9的外周壁滑动连接处溢出，第二密封圈18的设置可以很好地避免电解液从活动积液套8与管轴17的外周壁滑动连接处溢出。

进一步地，参阅附图1所示，本发明实施例第一方面的又一种深异型孔电解加工装置中，固定积液套9可以固定连接在待加工工件13上。将固定积液套9固定连接在待加工工件13上，可以避免固定积液套9与管轴17之间的电解液从固定积液套9与待加工工件13之间的缝隙处溢出，确保电解液流入到加工阴极10电解加工位置；同时，将固定积液套9固定连接在待加工工件13上，可以准确定位加工阴极10的加工位置，避免因位置不固定、容易变动，导致加工阴极10加工位置的偏离。

具体地，参阅附图1所示，本发明实施例第一方面的深异型孔电解加工装置中固定积液套9可以通过螺栓14固接在待加工工件13上，且固定积液套9与待加工工件13之间还设有第三密封圈15。采用螺栓固接方式具有连接牢固，安装方便，拆卸方便的优点；同时设置的第三密封圈15可进一步提高密封效果，避免电解液溢出。

参阅附图2所示，本发明实施例第二方面的一种深异型孔电解加工方法，采用本发明实施例第一方面任一项所述的一种深异型孔电解加工装置，该方法包括：首先，将所述电解加工装置安装在电解加工机床的阴极安装板1上，并将电解加工装置与电解液循环连接；再将所述电解加工装置上的固定积液套9固定在所述待加工工件13的待加工区域上；将待加工工件13与电解加工机床的阳极安装板连接；启动电解加工机床，按照预设加工程序进行加工。

下面对一个具体的加工零件来说明本发明实施例的加工方法，如加工零件为钛合金通透型深异型孔，材料为TB6。异型孔截面轮廓最大尺寸为120mm×100mm，加工工件的厚度为180mm，具体截面尺寸如附图3所示，根据该加工零件的截面尺寸，设计出对应加工阴极10结构。安装完成后，加工零件与加工阴极10分别与直流加工电源的正负极连接，将机床进液管与入液管接口7连通；选定电解加工工艺参数和电源参数，极间通以15V加工电压，电解液以1.2MPa压力从加工间隙中高速冲刷，阴极同时进给，直至加工通透完成后阴极退回。其中电解液选用15％KBr水溶液，加工进给速度1.5mm/min；加工至套形的芯体脱落后，停止进给，切断电源，阴极退回。

加工结果：加工时长约为120分钟，内孔径加工误差为±0.1mm，加工表面粗糙度达Ra1.6μm。加工效率较机械加工有较大提高。

本发明实施例的加工方法，可以实现对深异型孔高效电解加工。与传统机械加工中相比，加工过程中无应力，无热输入，表面质量完整性好；本发明实施例加工方法通过设计与深异型孔相对应的异型截面筒形结构的加工阴极10，电解加工时只对深异型孔轮廓部位进行加工，实现整块材料去除的高效套形加工，加工效率大为提高。

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 (10)

1.一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，包括：

加工阴极，为筒状结构，其截面具有与所述深异型孔轮廓对应相同的结构；

管轴，其内具有电解液流通的通孔，所述加工阴极沿所述管轴长度方向延伸并与所述管轴的一端连接；

固定积液套，套设在所述管轴外周壁的外侧，且所述固定积液套与所述管轴之间设有缝隙；

活动积液套，一端可滑动地套设在所述固定积液套的外周壁上，另一端可滑动地套设在所述管轴的外周壁上。

2.根据权利要求1所述的一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，所述加工阴极为导体材质制成，其外周壁和内周壁上涂覆有绝缘层。

3.根据权利要求1所述的一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，所述电解加工装置还包括：不少于一个的围绕所述管轴周向设置的弹簧以及与所述弹簧数量相等的弹性压杆，所述弹簧的一端与所述管轴远离所述加工阴极的一端连接，所述弹簧的一端连接在所述弹性压杆的一端，所述弹性压杆的另一端连接在所述活动积液套上。

4.根据权利要求1所述的一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，所述活动积液套上均匀设有不少于一个的入液管接口，用于向所述活动积液套与所述管轴之间的空腔内注入电解液。

5.根据权利要求1或4所述的一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，所述管轴远离所述加工阴极的一端连接有背压集液腔体，所述背压集液腔体连通至所述加工阴极内的通孔，所述背压集液腔体上均匀设有不少于一个的出液管接口。

6.根据权利要求5所述的一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，所述背压集液腔体远离所述管轴的一端设有顶板，所述顶板与电解加工机床的阴极安装板连接。

7.根据权利要求1所述的一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，所述活动积液套与所述固定积液套的外周壁滑动连接处设有第一密封圈；所述活动积液套与所述管轴的外周壁滑动连接处设有第二密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，所述固定积液套固定连接在待加工工件上。

9.根据权利要求8所述的一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，所述固定积液套通过螺栓固接在所述待加工工件上，且所述固定积液套与所述待加工工件之间还设有第三密封圈。

10.一种深异型孔电解加工方法，采用权利要求1-9任一项所述的一种深异型孔电解加工装置，其特征在于，该方法包括：

将所述电解加工装置安装在电解加工机床的阴极安装板上，并将电解加工装置与电解液循环连接；

再将所述电解加工装置上的固定积液套固定在所述待加工工件的待加工区域上；

将待加工工件与电解加工机床的阳极安装板连接；

启动电解加工机床，按照预设加工程序进行加工。

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