CN113245646A - 阴极与工件协同脉动态精密电解加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阴极与工件协同脉动态精密电解加工方法，属于电解加工技术领域。其主要特征在于：工件竖直安装于夹具内，叶盆阴极和叶背阴极在相向进给的同时做往复振动，工件沿竖直方向做协同振动。两侧工具阴极始终相向进给，在单个溶解周期内，工具阴极振动靠近工件时施加电源，工件位于加工位置，材料发生溶解。断电时，两侧阴极振动回退，工件亦沿竖直方向振动回退，材料不发生溶解，电解产物排出。通过工件的竖直安装，可以提高气泡排出速度，降低出口处的气泡率，减少气泡对加工间隙分布影响。通过阴极与工件的协同振动强化电解液对工件表面附着产物的冲刷作用，促进电解产物的排出；通过工件在流场内的上下运动，对流场施加扰动作用，提升气泡及温度均匀性，提高工件余量分布均匀性。

Description

阴极与工件协同脉动态精密电解加工方法

技术领域

本发明涉及一种阴极与工件协同脉动态精密电解加工方法，属于电化学加工领域。

背景技术

电解加工技术是一种基于电化学原理的特种加工技术，利用金属阳极溶解实现材料去除，加工出具有特定尺寸与形状的工件。与机械加工方法相比，电解加工具有工件表面无变质层、批量生产效率高以及工具电极无损耗等优点，广泛应用于航空发动机叶片等复杂型面零部件加工。

在传统叶片电解加工过程中,电解液流动方式通常采用侧流式, 即电解液从叶身进气 (或排气) 边流入, 从排气 (或进气) 边流出；在侧流式流动中，电解液在缓变流道中流动，流场均匀性较好，流程较短，有利于电解产物的及时排出；但该流动方式存在一定的问题，如在进液口处，电解液与叶片进（排）气边产生碰撞而被动分开，流场在该处的流线较为紊乱，降低加工的稳定性。

针对侧流式电解液流动方式加工稳定性差的问题，有研究人员提出了缘板两侧进液流动方式，该方法对于叶盆流道与叶背流道分别供液，消除了进（排）气边处的流场紊乱现象，提高了流场的可控性。

为提高航空发动机叶片加工精度，有研究人员提出了脉冲振动电解加工方法实现小间隙加工，将工具阴极往复振动与电流通断耦合控制，在阴极靠近工件时通电，远离工件时断电，此方法通过阴极振动使电解液呈周期变化，强化了电解液循环更新，可实现小间隙加工，提高加工精度。

在目前的流场方式中，小间隙加工下单个溶解周期内电解产物易吸附于工件表面，影响电解液的更新；为适应航空发动机精密加工需求，需要一种方法促进电解产物的排出，提升沿程余量分布均匀性。

发明内容

本发明针对叶片电解加工过程中，小间隙下产物易吸附在工件表面、沿程余量分布均匀性差问题，提出了一种阴极与工件协同脉动态精密电解加工方法，提高单周期内流场分布均匀性，促进电解产物的有效排出。

一种阴极与工件协同脉动态精密电解加工方法，使用的工装夹具包括夹具底座和夹具盖板，夹具底座和夹具盖板之间为水平进给通道；工件竖直安装于工装夹具内，叶盆阴极和叶背阴极从工件两侧伸入水平进给通道内；

电解加工时，高速流动的电解液一方面由夹具底座的叶背侧进液口流入叶背阴极与工件之间的加工间隙内，另一方面由叶盆侧进液口流入叶盆阴极与工件之间的加工间隙内，电解液同时对工件两侧进行加工蚀除，电解产物由夹具盖板上的出液口流出；其特征在于包括还以下过程：

叶盆阴极和叶背阴极在相向进给的同时做左右往复振动，叶片工件沿竖直方向做上下微幅振动；将电解加工过程中的工件和阴极协同振动与电源通断进行耦合控制；一个电解周期内包括以下过程：

步骤1、开始时，工件从下向上振动进给，阴极也从外侧向中间振动进给；

步骤2、当工件由下而上振动进给到达正常加工位置时，阴极振动进给也到达第一临界位置，此时工件停止振动进给，对工件施加脉冲电源，工件开始发生材料溶解；

步骤3、阴极从临界位置继续向中间振动进给，当阴极与工件之间到达最小距离时，阴极开始振动离开工件；此过程中脉冲电源保持开通状态，工件在加工位置的保持时间与脉冲电源开通时间同步，材料持续溶解，且阴极与工件之间的间隙较小，复制精度高；

步骤4、当阴极振动离开工件到达第二临界位置时，关断脉冲电源，工件亦开始振动回退；此过程中材料不发生溶解，电解液对工件表面附着产物进行冲刷，且阴极与工件之间间隙较大，促进电解产物排出；

上述阴极的振动周期和工件的振动周期相同；上述第一临界位置对应的阴极与工件之间的距离称为第一临界距离，第二临界位置对应的阴极与工件之间的距离称为第二临界距离，第一临界距离和第二临界距离过小将增大加工过程中发生短路的风险，距离过大将影响实际加工效果；关于第一临界距离和第二临界距离的选取应综合考虑阴极与工件的振幅和振频、脉冲电源频率与占空比、阴极进给速度、加工电压后确定。

采用本发明的有益之处在于：

1、本发明有助于提高工件沿程余量分布均匀性；电解液沿竖直方向流动，在浮力作用下气泡平均流速提高，出口处气泡率降低，提高流场均匀性。施加电源时，两侧阴极相向进给的同时做往复振动，加工间隙内流场呈周期性变化，促进电解液的循环更新；断电冲刷时，工件做上下往复运动，对加工间隙内的流场施加了扰动作用，流场原有的流动状态被改变，单个溶解周期内沿程气泡、温度分布均匀性提高，工件沿程余量分布均匀性提高。

2、本发明有助于电解产物的有效排出；对于工件与阴极协同脉动态精密电解加工，工件阳极仅在断电区间内做上下往复运动，在通电区间内工件始终保持在加工位置，工件截面轮廓不受工件振动影响，第一临界位置与第二临界位置选取的不同可提高加工稳定性和复制精度；电解产物易吸附于工件表面，通过工件在流场中的上下运动，电解液对于工件表面产物的冲刷作用加强，有效排出电解产物。

附图说明

图1为阴极与工件协同脉动态精密电解加工方法示意图；

图2为阴极、工件振幅与电源通断叠加示意图；

图3为工装俯视图；

其标号名称为：1、叶背阴极，2、夹具盖板，3、出液流道，4、工件，5、叶盆阴极，6、加工进给通道，7、叶盆进液流道，8、工件振动连接件，9、夹具底座,10、叶背进液流道，11、排气边区域，12、进气边区域。

具体实施方式

结合附图对本发明电解加工过程进行阐述，具体如下：

1、将夹具底座9安装在机床工装盘上，工件振动连接件8与机床振动装置连接，叶背阴极1与叶盆阴极5沿加工进给通道6伸入夹具底座9中。将叶背阴极1、叶盆阴极5与机床主轴连接，工件4安装在工件振动连接件8上，使两侧阴极与工件4保持一定的初始间隙，合上并紧固夹具盖板2。

2、连接电解液管、电源阴极和电源阳极。

3、启动循环系统，高速流动的电解液由电解液循环系统输出经由两侧进液流道7和10进入两侧加工间隙内，由出液流道3回到循环系统。

4、开启脉冲电源，两侧工具阴极始终做相向进给运动。单个溶解周期内，工件4在电源接通时处于加工位置，两侧工具阴极做振动进给，对工件4进行加工蚀除，电解液流经加工间隙将电解产物带走，经由出液口3排出；关断电源时，两侧阴极做振动回退，工件4亦沿竖直方向做振动回退，不发生加工蚀除，工件表面附着产物被冲刷。

5、随加工进行，单个周期内的溶解行为循环发生，叶片轮廓逐渐成型。

6、阴极进给到最终位置，停止进给，工件回归零振幅位置，叶片加工成型；电解加工结束，断开电源，关闭电解液循环系统，叶片电解加工完成。

Claims (1)

1.一种阴极与工件协同脉动态精密电解加工方法，

使用的工装夹具包括夹具底座（9）和夹具盖板（2），夹具底座（9）和夹具盖板（2）之间为水平进给通道（6）；工件竖直安装于工装夹具内，叶盆阴极（1）和叶背阴极（5）从工件两侧伸入水平进给通道（6）内；

电解加工时，高速流动的电解液一方面由夹具底座（9）的叶背侧进液口（7）流入叶背阴极（1）与工件（4）之间的加工间隙内，另一方面由叶盆侧进液口（10）流入叶盆阴极（5）与工件（4）之间的加工间隙内，电解液同时对工件（4）两侧进行加工蚀除，电解产物由夹具盖板（2）上的出液口（3）流出；

其特征在于包括还以下过程：

叶盆阴极（1）和叶背阴极（5）在相向进给的同时做左右往复振动，叶片工件沿竖直方向做上下微幅振动；将电解加工过程中的工件和阴极协同振动与电源通断进行耦合控制；一个电解周期内包括以下过程：

步骤1、开始时，工件从下向上振动进给，阴极也从外侧向中间振动进给；

步骤2、当工件由下而上振动进给到达正常加工位置时，阴极振动进给也到达第一临界位置，此时工件停止振动进给，对工件施加脉冲电源，工件（4）开始发生材料溶解；

步骤3、阴极从临界位置继续向中间振动进给，当阴极与工件之间到达最小距离时，阴极开始振动离开工件；此过程中脉冲电源保持开通状态，工件（4）在加工位置的保持时间与脉冲电源开通时间同步，材料持续溶解，且阴极与工件之间的间隙较小，复制精度高；

步骤4、当阴极振动离开工件（4）到达第二临界位置时，关断脉冲电源，工件（4）亦开始振动回退；此过程中材料不发生溶解，电解液对工件表面附着产物进行冲刷，且阴极与工件之间间隙较大，促进电解产物排出；

上述阴极的振动周期和工件的振动周期相同；上述第一临界位置对应的阴极与工件之间的距离称为第一临界距离，第二临界位置对应的阴极与工件之间的距离称为第二临界距离，第一临界距离和第二临界距离过小将增大加工过程中发生短路的风险，距离过大将影响实际加工效果；关于第一临界距离和第二临界距离的选取应综合考虑阴极与工件的振幅和振频、脉冲电源频率与占空比、阴极进给速度、加工电压后确定。

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