CN112676658A - 回转体表面凹凸阵列结构的倍转速旋印电解系统及方法 - Google Patents

Abstract

回转体表面凹凸阵列结构倍转速旋印电解系统及方法，属于电解加工技术领域。本发明主要针对回转体零件表面具有凹凸阵列结构的加工，其特点在于工具阴极选用直径近似为待加工回转体工件直径1/n倍的回转体结构，其表面具有数量为回转体工件表面凹腔或凸台结构1/n倍的阵列凸台结构或窗口结构。在加工过程中，工件阳极以一定的角速度自转，工具阴极以n倍于工件阳极的角速度反方向自转，同时沿回转体工件径向方向进给，从而在工件阳极表面加工出数量n倍于工件阴极表面窗口或凸台结构的凸台或凹腔阵列。该方法采用简单结构的小尺寸工具阴极即可实现具有复杂阵列凹凸回转体零件的一次性高效加工。

Description

回转体表面凹凸阵列结构的倍转速旋印电解系统及方法

技术领域

本发明提出了一种回转体表面凹凸阵列结构倍转速旋印电解加工方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

带有阵列凹凸结构的回转体零件作为航空、航天、采矿等领域的关键零部件，其加工一般采用传统的机械加工方式。这些回转体表面具有阵列的凹凸结构，其材料一般为高温合金或高硬度合金，采用传统机械加工时刀具损耗较大、加工周期长、加工费用高，同时，加工后的残余应力较大，工件容易变形，需经过复杂的热处理工艺来消除变形。而随着新材料的研发，更高硬度，更难切削的材料被用于回转体零件的制造，其结构也更多的采用整体式设计，加工难度进一步增大。

电解加工是利用电化学阳极溶解原理去除金属材料，属于非接触式加工，与传统机械加工相比，其具有加工后工件表面无残余应力、无冷作硬化层，无塑性变形，无工具损耗等优点，在航空航天等领域得到广泛应用。

对于回转体零件表面的凹凸结构电解加工技术目前主要通过多块工具阴极沿机匣型面法线方向直线进给的拷贝式加工如专利“一种航空发动机机匣型面电解加工方法”(申请号20130585584.9申请人成都发动机(集团)有限公司，发明人李海宁刘建何恒赵晓勇张世贵)中，其通过专用夹具将待加工的机匣固定在机床工作台上，在对一个部位的型面加工完成后通过旋转工作台来加工下一个待加工部位，直至加工完成。在加工过程中需要数个甚至数十个不同形状的块状电极依次加工不同部位型面。在专利“航空发动机薄壁机匣电解加工方法(授权号ZL 201410547093.X申请人南京航空航天大学发明人朱荻朱增伟王宏睿王登勇)中，提出等转速旋印电解加工技术，用于加工薄壁机匣表面“孤岛”状凸台。等转速旋印电解加工中，工具阴极直径近似等于工件直径，且工具阴极上需要有与工件待加工窗口/凸台相同数量的凸台/窗口结构，而在加工过程中，工具电极和工件以相同的角速度相对旋转，在窗口对应得区域加工出凸台/窗口；所以对于阵列凸台结构，尤其是大直径回转体上的数量庞大的阵列结构，其工具阴极十分复杂，存在工具阴极设计和制造困难、加工周期长、加工成本高、对设备要求高等问题。因此迫切需要寻求一种工序简单、电场容易控制、设备要求低、阴极制造难度低和周期短的技术，来实现回转体表面凹凸阵列结构的高效加工。

发明内容

本发明的目的在于克服回转体表面阵列结构凹凸结构加工时的工具阴极制造周期长，制造工序繁琐的问题，提出了一种回转体表面凹凸阵列结构的倍转速旋印电解加工方法，利用简单结构的小尺寸工具阴极即可实现具有复杂凹凸阵列结构的回转体零件的一次性高效加工成型。

一种用于回转体表面凹凸阵列结构的倍转速旋印电解加工工具电极结构，其特征在于：

工具电极固定在第一轴上，回转体工件安装在第二轴；上；回转体工件接电源正极，工具电极接电源负极；工具电极为回转体零件，其直径为待加工的回转体工件的1/n倍；工具电极表面具有阵列凸台结构或窗口结构，凸台结构或/和窗口结构的数量为回转体工件表面凹腔或凸台结构的1/n倍。

根据所述的用于回转体表面凹凸阵列结构的倍转速旋印电解加工方法，其特征在于：

在加工过程中，将工具电极固定在第一轴上，将待加工的回转体工件安装在第二轴上；初始时，回转体工件与工具电极保持初始的加工间隙；向加工间隙内通入高速流动的电解液，第二轴带动回转体工件以恒定的角速度自转，第一轴带动工具电极以n倍于第二轴角速度反方向匀速自转；将回转体工件接电源正极，工具电极接电源负极，并施加加工电压；第一轴带动工具电极做沿回转体工件径向方向进给的匀速直线运动，在回转体工件表面逐渐加工出数量为工具电极表面凸台结构或窗口结构n倍的阵列凹腔或凸台结构。

本发明的有益效果在于：

(1)简化了工具电极结构，采用小直径电极能够实现具有复杂阵列凹凸结构的回转体工件一次性加工成型。

(2)缩短了工具电极的制造时间，缩短了加工周期；采用简化后的工具电极，可以提高加工后凹凸结构的一致性。

附图说明

图1是倍转速旋印电解加工阵列凸台的三维模型示意图。

图2是倍转速旋印电解加工阵列凹腔的三维模型示意图。

图3是旋印电解加工中直径和转速关系的二维图。

图4是单个矩形窗口加工多凸台原理图。

图中标号名称：1、第一轴；2、第二轴；3、工具电极；4、回转体工件；5、工件凸台结构；6、供液喷嘴；7、窗口结构；8、电源；9、加工间隙；10、工件凹腔结构；11、电极凸台结构；12、电解液。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施过程做详细说明。

图1是倍转速旋印电解加工阵列凸台的三维模型示意图，其结构主要包括:用以实现工具电极3进给和旋转的第一轴1、带动回转体工件4旋转的第二轴2、工具电极3、回转体工件4、供液喷嘴6、电源8。所使用的工具电极3为刚性回转体电极，表面具有电极阵列凹腔7。工具电极3安装于第一轴1上并随之一起做旋转和进给运动；回转体工件4安装在第二轴2上，随其一起做匀速转动。

在加工过程中，回转体工件4接电源8正极作为阳极，工具电极3接电源8负极作为阴极。第一轴1带动工具电极3匀速旋转，并向着回转体工件4做进给运动，第二轴2带动回转体工件做匀速旋转，两者旋转方向相反；回转体工件4旋转一周的时间是工具电极3的n倍。加工过程中，通过供液喷嘴6对加工间隙9内通入高速流动的电解液12。在工具电极3和回转体工件4相对旋转的过程中，随着工具电极3的不断进给，在旋转过程中，回转体工件4上与工具电极3上窗口结构7对应位置处逐渐加工出凸台，回转体工件上凸台数量为工具电极上窗口数量的n倍。

图2是倍转速旋印电解加工阵列凹腔的三维模型示意图。所使用的工具电极3为刚性回转体结构，表面具有电极阵列凸台结构11。在加工过程中，工具电极3和回转体工件4相对旋转，随着工具电极3的不断进给，在旋转过程中，回转体工件4上与工具电极3上电极凸台结构11的对应位置处逐渐加工出凹腔，加工出的凹腔数量为工具电极3上的凸台结构的n倍。

图3是旋印电解加工中直径和转速关系的二维图。图中工具电极3直径d₁、回转体工件4初始直径d₂、第一轴1角速度ω₁、第二轴2角速度ω₂、工具电极3进给速度v、所选用倍数为n倍。

上述参数满足下列关系；

其中回转体工件4初始直径d₂，经优化之后，选择约等于工具电极3的直径d₁的n倍。

其中第一轴1带动固定在其上的工具电极3转动角速度ω₁等于第二轴2带动固定在其上的回转体工件4的转动角速度ω₂的n倍。

图4是单个矩形窗口加工多凸台原理图。其中采用n＝5倍转速加工工件，工具电极3直径d₁＝11mm、角速度为ω₁＝10πrad/min回转体工件4初始直径d₂＝49.5mm、角速度为ω₂＝2πrad/min、进给速度为v＝0.02mm/min。在加工过程中，工具电极3不断进给，在回转体工件4表面加工出5个对应的矩形凸台结构。

Claims (2)

1.一种回转体表面凹凸阵列结构倍转速旋印电解系统，其特征在于：

工具电极（3）固定在第一轴（1）上，回转体工件（4）安装在第二轴（2）；上；

回转体工件（4）接电源（8）正极，工具电极（3）接电源（8）负极；

工具电极（3）为回转体，其直径为待加工的回转体工件（4）的1/n倍；

工具电极（3）表面具有电极阵列凸台结构（11）或/和电极阵列窗口结构（7），电极阵列凸台结构（11）或/和电极阵列窗口结构（7）的数量为回转体工件（4）表面工件凹腔结构（10）或/和工件凸台结构（5）的1/n倍。

2.利用权利1所述的回转体表面凹凸阵列结构倍转速旋印电解系统的方法，其特征在于包括以下过程：

在加工过程中，将工具电极（3）固定在第一轴（1）上，将待加工的回转体工件（4）安装在第二轴（2）上；初始时，回转体工件（4）与工具电极（3）保持初始的加工间隙（9）；向加工间隙（9）内通入高速流动的电解液（12 ），第二轴（2）带动回转体工件（4）以恒定的角速度自转，第一轴（1）带动工具电极（3）以n倍于第二轴（2）角速度反方向匀速自转；将回转体工件（4）接电源（8）正极，工具电极（3）接电源（8）负极，并施加加工电压；第一轴（1）带动工具电极（3）做沿回转体工件（4）径向方向进给的匀速直线运动，在回转体工件（4）表面逐渐加工出数量为工具电极（3）表面电极阵列凸台结构（11）或/和电极阵列窗口结构（7）n倍的阵列工件凹腔结构（10）或/和工件凸台结构（5）。

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