CN113305380B - 一种超长深孔卧式电解加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超长深孔卧式电解加工装置，包括电解加工阴极旋转导电进给装置，旋转导电进给装置与电解加工阴极的一端连接，用于轴向进给电解加工阴极至待加工工件内且驱动电解加工阴极转动；所述电解加工阴极位于所述旋转导电进给装置的一端还与电解液槽连接，所述电解液槽用于向所述待加工工件内补充电解加工用电解液；旋摆基座，所述待加工工件、所述旋转导电进给装置设置在所述旋摆基座上；旋摆驱动装置，所述旋摆基座与所述旋摆驱动装置连接，所述旋摆驱动装置用于驱动所述旋摆基座进行转动。本发明有效解决卧式电解深孔加工时阴极受重力影响悬垂而导致的孔轴向偏差的问题。实现过程稳定、孔轴线保持水平的超长深孔电解加工。

Description

一种超长深孔卧式电解加工装置
技术领域
本发明涉及电解加工技术领域，特别是涉及一种超长深孔卧式电解加工装置。
背景技术
在兵器、船舶、石油等领域中，出现越来越多的超长深孔结构，这些深孔往往设计在整体长轴类结构中，最高深径比可达1500:1。目前多数采用机械钻削、拉削加工在零件上加工超长深孔结构。近年来，采用电解加工是深孔加工的重要技术方向。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。电解加工时工具电极为阴极，工件为阳极。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。工件按随着工具阴极的进给不断溶解，直到工件的腔、孔尺寸达到要求为止。
电解加工在航空航天以及兵器等领域已获得广泛应用，在许多特殊结构的零件加工中，电解加工工艺已占有重要的地位。与其它加工方法相比，电解加工的特点主要有：加工范围广：不受材料的强度、硬度、韧性等机械、物理性能的限制，加工后材料的组织不发生变化。生产效率高：电解加工能以简单的进给运动一次加工出复杂的型腔、型面和型孔，而且加工速度可以和电流密度成比例地增加。加工表面无应力：电解加工过程中工具和工件不接触，不存在机械切削力，不产生残余应力和变形，没有飞边毛刺。工具阴极无损耗：在电解加工过程中工具阴极上仅仅析出氢气，而不发生溶解反应。
深孔电解加工实施时以立式加工最为理想，即加工阴极沿重力方向进给，避免由于重力影响导致孔轴线偏移。但在超长深孔加工时，这种纠偏方法会因尺寸过大而受限。例如，在船舶长轴零件中的输油布线孔，孔长度达12米，采用立式加工方式基本不可行。因此，超长深孔采用卧式横向加工方式仍是主流趋势。现有的电解加工深孔加工方法，采用正水式加工，即电解液由中空阴极喷出，由加工间隙返回至孔加工入口；加工时只是电极旋转加工，以保证孔的圆柱度。主要问题有：1.超深孔加工直线度不易保证。由于金属管电极相对刚性较差，一般措施为外部采用支架，钻入工件部分采用加工后的孔壁支撑。随着加工深度的增加，受重力影响，加工区域会逐渐向下偏移，孔轴线的向下倾斜严重。尤其是孔径较小的孔，加工电极刚性差，孔轴偏移已成为瓶颈问题。2.超深孔电解加工电解液冲刷阻力大。电解加工的持续“阳极溶解”过程，需要建立稳定的电解液冲刷流场，但电极进入到工件纵深处，电解液流经的路径越来越长，电解液沿电极与孔壁之间的间隙流动流阻大，流场冲刷速度趋缓，影响电解产物的排出，会造成加工区电化学极化，出现产物堆积而使得加工无法持续进行，被迫采取中断清洗措施，使得加工效率以及孔表面质量降低。鉴于此，如何提供一种能确保超深孔加工直线度的超长深孔卧式电解加工装置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
本发明实施例提供了一种超长深孔卧式电解加工装置，包括：电解加工阴极、旋转导电进给装置、旋摆基座和旋摆驱动装置。提高了超长深孔卧式电解加工时的加工直线度。
(2)技术方案
本发明的实施例提出了一种超长深孔卧式电解加工装置，包括
电解加工阴极，所述电解加工阴极为空心管状结构；
旋转导电进给装置，所述旋转导电进给装置与所述电解加工阴极的一端连接，用于轴向进给所述电解加工阴极至待加工工件内且驱动所述电解加工阴极转动；所述电解加工阴极位于所述旋转导电进给装置的一端还与电解液槽连接，所述电解液槽用于向所述待加工工件内补充电解加工用电解液；
旋摆基座，所述待加工工件、所述旋转导电进给装置设置在所述旋摆基座上；
旋摆驱动装置，所述旋摆基座与所述旋摆驱动装置连接，所述旋摆驱动装置用于驱动所述旋摆基座进行转动。
进一步地，还包括机床底座，所述旋摆驱动装置设置在所述机床底座上。
进一步地，所述旋摆基座沿长度方向套设有若干个轴承，所述轴承的外圈连接有支座，所述支座支撑在所述底座上。
进一步地，所述待加工工件套设在装夹环内，所述装夹环的至少部分套设在所述轴承内，且所述装夹环上螺纹连接有紧定螺柱，所述紧定螺柱用于在电解加工时锁紧待加工工件。
进一步地，所述待加工工件靠近所述旋转导电进给装置的一端设有回液腔，所述回液腔用于回收所述待加工工件内流出的电解液，所述回液腔与负压抽吸泵连接。
进一步地，所述电解加工阴极与直流电源的负极连接，所述待加工工件与所述直流电源的正极连接。
进一步地，所述旋转导电进给装置通过旋转接头与电解液槽连接。
进一步地，所述旋摆驱动装置的转动角度为360°。
进一步地，所述电解加工阴极以及所述旋摆基座水平设置。
(3)有益效果
本发明采用电解加工阴极旋转和整体加工系旋摆的复合方式，可以有效解决卧式电解深孔加工时阴极受重力影响悬垂而导致的孔轴向偏差的问题。实现过程稳定、孔轴线保持水平的超长深孔电解加工。
同时，本发明在所加工孔的电解液出口通过负压抽吸泵施加负压，使得电解液加速排出，有效解决了长流程电解液加工过程中的电化学极化问题，实现长时间加工过程的稳定性。
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是本发明实施例的超长深孔卧式电解加工装置的主视结构示意图。
图2是本发明实施例的超长深孔卧式电解加工装置的侧视结构示意图。
图中：旋摆驱动装置1、支座2、机床底座3、装夹环4、轴承5、旋摆基座6、旋转接头7、待加工工件8、电解加工阴极9、紧定螺柱10、旋转导电进给装置11、回液腔12、负压抽吸泵13、直流电源14。
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2并结合实施例来详细说明本申请。
参阅附图1-附图2所示，根据本发明实施例的一种超长深孔卧式电解加工装置，包括电解加工阴极9、旋转导电进给装置11、旋摆基座6和旋摆驱动装置1。
具体的，电解加工阴极9为空心管状结构，旋转导电进给装置11与所述电解加工阴极9的一端连接，用于轴向进给电解加工阴极9至待加工工件8内且驱动电解加工阴极9转动；所述电解加工阴极9位于所述旋转导电进给装置11的一端还与电解液槽连接，所述电解液槽用于向所述待加工工件8内补充电解加工用电解液；待加工工件8、旋转导电进给装置11设置在所述旋摆基座6上，旋摆基座6与所述旋摆驱动装置1连接，所述旋摆驱动装置1用于驱动所述旋摆基座6进行转动。
在本发明实施例中，电解加工阴极9在电解加工时用于伸入到待加工工件8的超长深孔内作为电解的阴极，而待加工工件8可以作为超长深孔的阳极而实现超长深孔卧式电解加工。同时，导电进给装置11与电解加工阴极9的一端连接，在电解加工阴极9电解加工时，导电进给装置11驱动电解加工阴极9转动，使得电解加工阴极9不会长时间保持一个加工姿态不变，进而消除了电解加工阴极9因长时间受重力影响而向一侧悬垂的难题，解决了卧式电解深孔加工时电解加工阴极9受重力影响悬垂而导致的孔轴向偏差的问题。同时，在本发明实施例中，待加工工件8、旋转导电进给装置11还设置在旋摆基座6上，而旋摆基座6与旋摆驱动装置1连接，旋摆驱动装置1可以用于驱动旋摆基座6进行转动。进而在旋摆驱动装置1的驱动力下，依次带动旋摆基座6、旋转导电进给装置11以及待加工工件8进行转动，进而驱动装置1的摆动始终改变电解加工阴极9下垂的一端，使得电解加工阴极9不会长时间保持一个加工姿态不变，进而消除了电解加工阴极9因长时间受重力影响而向一侧悬垂的难题。
综上所述，本发明中的电解加工阴极9旋转和整体加工系旋摆的复合方式，可以实现超长深孔电解加工，又可以有效解决卧式电解深孔加工时阴极受重力影响悬垂而导致的孔轴向偏差的问题。可以实现过程稳定、孔轴线保持水平的超长深孔电解加工。
具体的，参阅附图1所示，本发明实施例的超长深孔卧式电解加工装置还包括机床底座3，所述旋摆驱动装置1设置在所述机床底座3上。这样设置整个加工装置更加的稳定牢固且可以与电解加工机床有机结合而方便使用。
具体的，参阅附图1所示，本发明实施例的超长深孔卧式电解加工装置中，旋摆基座6沿长度方向套设有若干个轴承5，轴承5的外圈连接有支座2，支座2支撑在所述底座3上。一般的旋摆基座6的长度不小于待加工工件8的长度，因此，利用若干个轴承5和支座2的支撑可以便于稳定、可靠地支撑待加工工件8，同时轴承5包覆旋摆基座6便于旋摆基座6随着旋摆驱动装置1的驱动而自动转动。具体的，在附图1中轴承5和支座2分别设有四个，轴承5和支座2的数量根据实际需求而定，不应构成对本申请的限制。
具体的，参阅附图1和附图2所示，本发明实施例的超长深孔卧式电解加工装置中，待加工工件8套设在装夹环4内，装夹环4的至少部分套设在轴承5内，且所述装夹环4上螺纹连接有紧定螺柱10，所述紧定螺柱10用于在电解加工时锁紧待加工工件8，这样可以稳定可靠地将待加工工件8固定在电解加工阴极9上，继而随驱动装置1驱动时不会发生晃动。
具体的，参阅附图1所示，本发明实施例的超长深孔卧式电解加工装置中，所述待加工工件8靠近所述旋转导电进给装置11的一端设有回液腔12，所述回液腔12用于回收所述待加工工件8内流出的电解液，所述回液腔12与负压抽吸泵13连接。在本发明实施例中设置的回液腔12用于回收所述待加工工件8内流出的电解液，同时回液腔12与负压抽吸泵13连接，利用负压抽吸泵13在回液腔12、待加工工件8的超长深孔内产生负压吸力，从而便于电解加工产生的碎屑混合电解液一起排出，降低了碎屑堵塞待加工工件8的超长深孔影响电解加工的顺利进行；同时负压抽吸泵13的负压抽吸增加了碎屑外排的速度，进而可以快速将碎屑排出。因此，本发明实施例在所加工孔的电解液出口通过负压抽吸泵13施加负压，使得电解液加速排出，有效解决了长流程电解液加工过程中的电化学极化问题，实现长时间加工过程的稳定性。
具体的，参阅附图1所示，所述电解加工阴极9与直流电源14的负极连接，所述待加工工件8与所述直流电源14的正极连接。当电解加工阴极9与直流电源14的负极连接，待加工工件8与直流电源14的正极连接以后，待加工工件8作为电解加工时候的阳极在电解加工过程中出现电解析过程，实现对待加工工件8的电解加工。
具体的，参阅附图1所示，所述旋转导电进给装置11通过旋转接头7与电解液槽连接。通过通过旋转接头7便于连接和安装。
具体的，所述旋摆驱动装置1的转动角度为360°，360°转动可以更好地消除电解加工阴极9朝一侧的重力悬垂影响，所述电解加工阴极9以及所述旋摆基座6水平设置，采用这种卧式电解加工方式非常适合超长深孔加工。
下面以本发明的实施例应用于钛合金(TC17)试验件的深孔加工中进一步说明本发明。钛合金(TC17)试验件的具体实施情况如下：
1.孔直径尺寸为10×1200mm。
2.电解加工阴极直径为10mm。
3.主要加工参数：电解液：12％KBr；电解液温度25℃；电解液压力1MPa；最大电解液出口施加负压-0.1MPa；加工电压：22V。电解加工阴极9直线进给速度1.6mm/min；电解加工阴极9的自传速度10r/min；旋摆驱动装置1的旋摆范围：±360°，旋摆速度1r/min。
4.加工过程控制重点：电解加工阴极9与待加工工件8的初始间隙为0.3mm，开通电解液，打开直流电源14通电后5秒，旋转导电进给装置11驱动电解加工阴极9开始旋转进给，待加工工件8材料在电化学阳极溶解的作用下被蚀除。同时，旋摆驱动装置1驱动电解加工阴极9与待加工工件8开始同步旋摆，用来均衡重力对电解加工阴极9悬垂的影响。孔加工深径比超过20:1，即本实例孔深度超过200mm时，开通负压抽吸泵13，用以电解液排出。
5.加工结果：加工时长为750分钟，加工孔直径10±0.2mm；孔轴线直线度为0.1mm；加工表面粗糙度达Ra1.6μm。加工过程稳定，无火花短路故障。说明采用本发明实施例所示装置，在超长深孔卧式电解加工中，解决了加工孔轴线受重力影响偏移以及深孔加工稳定性差的难题，对电解加工的成型质量提高明显，实用价值高。
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 (9)

1.一种超长深孔卧式电解加工装置，其特征在于，包括
电解加工阴极(9)，所述电解加工阴极(9)为空心管状结构；
旋转导电进给装置(11)，所述旋转导电进给装置(11)与所述电解加工阴极(9)的一端连接，用于轴向进给所述电解加工阴极(9)至待加工工件(8)内且驱动所述电解加工阴极(9)转动；所述电解加工阴极(9)位于所述旋转导电进给装置(11)的一端还与电解液槽连接，所述电解液槽用于向所述待加工工件(8)内补充电解加工用电解液；
旋摆基座(6)，所述待加工工件(8)、所述旋转导电进给装置(11)设置在所述旋摆基座(6)上；
旋摆驱动装置(1)，所述旋摆基座(6)与所述旋摆驱动装置(1)连接，所述旋摆驱动装置(1)用于驱动所述旋摆基座(6)进行转动。
2.根据权利要求1所述的一种超长深孔卧式电解加工装置，其特征在于，还包括机床底座(3)，所述旋摆驱动装置(1)设置在所述机床底座(3)上。
3.根据权利要求2所述的一种超长深孔卧式电解加工装置，其特征在于，所述旋摆基座(6)沿长度方向套设有若干个轴承(5)，所述轴承(5)的外圈连接有支座(2)，所述支座(2)支撑在所述底座(3)上。
4.根据权利要求3所述的一种超长深孔卧式电解加工装置，其特征在于，所述待加工工件(8)套设在装夹环(4)内，所述装夹环(4)的至少部分套设在所述轴承(5)内，且所述装夹环(4)上螺纹连接有紧定螺柱(10)，所述紧定螺柱(10)用于在电解加工时锁紧待加工工件(8)。
5.根据权利要求1所述的一种超长深孔卧式电解加工装置，其特征在于，所述待加工工件(8)靠近所述旋转导电进给装置(11)的一端设有回液腔(12)，所述回液腔(12)用于回收所述待加工工件(8)内流出的电解液，所述回液腔(12)与负压抽吸泵(13)连接。
6.根据权利要求1所述的一种超长深孔卧式电解加工装置，其特征在于，所述电解加工阴极(9)与直流电源(14)的负极连接，所述待加工工件(8)与所述直流电源(14)的正极连接。
7.根据权利要求1所述的一种超长深孔卧式电解加工装置，其特征在于，所述旋转导电进给装置(11)通过旋转接头(7)与电解液槽连接。
8.根据权利要求1所述的一种超长深孔卧式电解加工装置，其特征在于，所述旋摆驱动装置(1)的转动角度为360°。
9.根据权利要求1所述的一种超长深孔卧式电解加工装置，其特征在于，所述电解加工阴极(9)以及所述旋摆基座(6)水平设置。
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