CN114769760A - 用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极及方法，属于电解加工技术领域。采用毛刷电极的射流电解铣削加工时，通过密集的柔性刷丝与工件表面的紧密接触可以有效的将电解液与已加工表面隔离开，避免了已加工表面的二次电解加工，从而消除杂散腐蚀。此外，由于工件表面在射流投影区域电流密处于极大值，工件表面在被加工后立即被柔性刷丝覆盖保护，因此工件以高电流密度加工收尾，充分发挥高电流密度对材料均匀去除的优势，消除了低电流密度对电解加工的不利影响，从而获取更好的表面加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极及方法，属于电解加工技术领域。
背景技术
电解加工是利用金属材料在电解质溶液中发生阳极电化学溶解的原理，借助工具阴极将工件加工成形的一种加工技术，在钛合金、镍基高温合金等传统难切削材料的加工中具有很大的应用空间。
射流电解加工技术采用中空管电极作为电解液喷嘴，将具有一定压力的电解液通过喷嘴向金属工件表面喷射，使材料在电解液与工件界面发生电化学阳极溶解而被去除。将工具电极装夹在数控机床主轴后，可通过数控编程在工件表面完成各种复杂结构的成形加工，既继承了电解加工技术不受加工材料力学性能限制、工具电极无损耗等优点，又具备了数控加工的柔性和较高的自动化程度，从而大幅提高了加工的灵活性。
在电解加工中，电流密度直接影响材料去除效率和加工质量，是电解加工中的关键参数。在电解加工钛合金等易钝化材料时，电流密度直接影响工件表面的钝化膜破碎进程，在低电流密度区，钝化膜不能完全去除，造成材料溶解不均，破坏表面加工质量。在电解加工高温合金、不锈钢等材料时，低电流密度会导致加工表面粗糙度值增大，并伴有点蚀、杂散腐蚀等缺陷，造成表面加工质量下降。因此，消除或抑制射流电解加工中的低电流密度区可以有效改善表面加工质量。在射流电解加工中，电解液通过阴极高速流出，并在冲击工件表面后四散开形成电解液流膜。由于电解液流膜的存在，与电解液接触的工件表面均存在电流密度且并呈高斯分布。工件表面电流密度在射流投影区域出现最大值，而在远离射流投影的区域存在低电流密度区。在射流电解加工中，消除低电流密度对非加工表面的杂散腐蚀和对已加工表面的二次电解加工是当前的研究重点。因此，如果能够避免或抑制连续的电解液流膜与已加工和非加工表面的接触将会有效提高射流电解加工表面质量。
发明内容
本发明提出一种用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极及方法，旨在约束射流电解铣削加工中工件表面的电解液区域，避免已加工表面与电解液的接触，从而抑制低电流密度对已加工表面的杂散腐蚀和二次电解加工，提高工件表面加工质量。
一种用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极，其特征在于：包括工具阴极；上述工具阴极内部具有电解液流道，电解液流道入口位于工具阴极上表面，电解液流道出口为一排或多排窄缝且位于工具阴极下表面。其中工具阴极的上部的前侧设置安装块；安装块（的下表面设置盲孔；盲孔内通过卡簧安装直线轴承；其中工具阴极下部的前侧设置毛刷；毛刷由上向下依次由毛刷刷块和柔性刷丝组成；上述工具阴极底部前侧还设置有用于限定毛刷刷块向下的位移和固定毛刷刷块水平方向位置的限位卡槽；上述安装块与毛刷之间还设置有导向杆；所述导向杆套上弹簧后上端穿过直线轴承，下端与毛刷刷块顶端固定；上述工具阴极材质为导电金属，毛刷刷块材质为导电金属，柔性刷丝为绝缘材质。
利用所述的一种用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极及方法，其特征包括以下过程：毛刷电极组装完成后垂直安装于机床主轴夹具，并与电解液供液装置螺栓连接；毛刷电极与电解加工电源负极相连；待加工工件为导电金属，装夹在机床工作平台上，并与电解加工电源正极相连；加工前调整毛刷电极与工件的相对位置，毛刷电极位于工件上方，毛刷刷块底部端面距离工件上表面始终具有一定距离，即初始加工间隙；初始加工间隙小于柔性刷丝露出毛刷刷块的长度；开通电解液阀门，电解液通过毛刷电极射向工件表面；开启电解加工电源，并通过数控系统控制毛刷电极沿预设轨迹走刀开始加工；在加工过程中，毛刷位于工具电极进给方向的相反一侧；毛刷刷块底部端面与工件上表面始终保持初始加工间隙；柔性刷丝在弹簧向下的力作用下与工件表面紧密接触；在电解液从工具阴极射出并冲击工件表面后，密集的刷丝将电解液与工件已加工表面离开，避免低电流密度对已加工表面的二次电解加工，从而消除杂散腐蚀，获得高表面加工质量。
根据所述的用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极，其特征在于：所述安装块与工具阴极为一体化结构。这样可以简化毛刷电极结构，减少零件数量。
根据所述的用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极，其特征在于：所述柔性刷丝为密集阵列排布并嵌压植入于毛刷刷块中。采用柔性刷丝可以利用刷丝的弹性变形在不同深度的加工中确保刷丝和工件表面的紧密贴合，刷丝的密集阵列排布可以有效确保电解液和已加工表面的隔离。
根据所述的方法，其特征在于：所述毛刷刷块底部端面距离工件上表面的初始加工间隙为0.1-0.5mm。这是由于在加工中要留有合适的初始加工间隙使电解液可以从工具阴极和工件表面之间流出，同时要确保刷丝与工件表面的紧密贴合。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在射流电解铣削加工中，采用毛刷电极可以有效的将电解液与已加工表面隔离开，避免了已加工表面的二次电解加工。此外，由于工件表面在射流投影区域电流密处于极大值，而工件表面在被加工后立即被柔性刷丝覆盖保护，因此工件是以高电流密度加工收尾，充分发挥高电流密度对材料均匀去除的优势，从而获取更好的表面加工质量。
附图说明
图1为毛刷电极示意图；
图2为传统工具电极射流电解铣削加工示意图；
图3为毛刷电极射流电解铣削加工示意图；
其中标号名称：1.工具阴极，1-1.安装块，2.毛刷，2-1.毛刷刷块，2-2.柔性刷丝，3.弹簧，4.导向杆，5.直线轴承6.电解液进液方向，7.传统工具电极，8.电解液冲击工件后的流动方向，9.工件未加工表面，10.工件已加工表面，11.工件，12.低电流密度区，13.高电流密度区，14.无电流密度区。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明：
如图1所示，本发明提出的毛刷电极包括工具阴极、毛刷、弹簧、导向杆、弹簧、直线轴承，可以将电解液与已加工表面隔离，避免了已加工表面的二次电解加工，从而获得高表面加工质量。
如图2所示，采用传统工具电极进行射流电解铣削加工时，电解液从电极内部射出并冲击工件表面后会沿工件表面四散铺开形成电解液流膜并覆盖整个工件上表面。由于电解液流膜的存在，与电解液接触的工件表面均存在电流密度，在射流投影区域存在高电流密度区，而在远离射流投影区域的区间存在低电流密度区。由于在已加工表面上存在电解液流膜，已加工表面在被电解加工过后会受到低电流密度的二次电解加工，出现杂散腐蚀等缺陷。
如图3所示，采用毛刷电极进行射流电解铣削加工时，密集的柔性刷丝在弹簧的作用力下始终与工件表面密切接触，可以有效的将电解液与已加工表面隔离开，由于已加工表面缺乏电解液，因此已加工表面无电流密度分布，从而避免了二次电解加工，消除了杂散腐蚀等缺陷。此外，由于工件表面在被加工时，其表面电流密处于极大值，而工件表面被加工后立即有柔性刷丝覆盖保护，因此工件是以高电流密度加工收尾，充分发挥高电流密度对材料均匀去除的优势，从而获取更好的表面加工质量。此外，由于工件表面在射流投影区域电流密处于极大值，而工件表面在被加工后立即被柔性刷丝覆盖保护，因此工件是以高电流密度加工收尾，充分发挥高电流密度对材料均匀去除的优势，从而获取更好的表面加工质量。
具体加工步骤如下：
步骤一：将毛刷电极组装完成后垂直安装于机床主轴夹具，并与电解液供液装置螺栓连接。毛刷电极与电解加工电源负极相连。
步骤二：将待加工工件装夹在机床工作平台上，并与电解加工电源正极相连。
步骤三：调整毛刷电极与工件的相对位置，确定毛刷电极底部端面与工件上表面的距离（即初始加工间隙），并保证刷丝始终与工件上表面紧密接触。
步骤四：接通电解液，使电解液通过毛刷电极射向工件表面。
步骤五：接通电解加工电源并运行预设加工走刀轨迹开始进行加工。
步骤六：完成加工后关闭电源和电解液，将刀具移到初始位置。
Claims (5)
1.一种用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极，其特征在于：
上述
包括工具阴极；
上述工具阴极（1）内部具有电解液流道，电解液流道入口位于工具阴极上表面，电解液流道出口为一排或多排窄缝且位于工具阴极下表面；
其中工具阴极（1）的上部的前侧设置安装块（1-1）；安装块（1-1）的下表面设置盲孔；盲孔内通过卡簧安装直线轴承（5）；
其中工具阴极（1）下部的前侧设置毛刷；毛刷(2)由上向下依次由毛刷刷块（2-1）和柔性刷丝(2-2)组成；
上述工具阴极（1）底部前侧还设置有用于限定毛刷刷块（2-1）向下的位移和固定毛刷刷块（2-1）水平方向位置的限位卡槽；
上述安装块（1-1）与毛刷（2）之间还设置有导向杆（4）；所述导向杆（4）套上弹簧（3）后上端穿过直线轴承（5），下端与毛刷刷块（2-1）顶端固定；
上述工具阴极（1）材质为导电金属，毛刷刷块（2-1）材质为导电金属，柔性刷丝(2-2)为绝缘材质。
2.根据权利要求1所述的用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极，其特征在于：所述安装块（1-1）与工具阴极（1）为一体化结构。
3.根据权利要求1所述的用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极，其特征在于：所述柔性刷丝（2-2）为密集阵列排布并嵌压植入于毛刷刷块（2-1）中。
4.利用权利要求1所述的用于平面射流电解铣削加工的毛刷电极及的加工方法，其特征包括以下过程：
毛刷电极组装完成后垂直安装于机床主轴夹具，并与电解液供液装置螺栓连接；毛刷电极与电解加工电源负极相连；
待加工工件（11）为导电金属，装夹在机床工作平台上，并与电解加工电源正极相连；
加工前调整毛刷电极与工件的相对位置，毛刷电极位于工件（11）上方，毛刷刷块（2-1）底部端面距离工件上表面始终具有一定距离，即初始加工间隙；初始加工间隙小于柔性刷丝露出毛刷刷块的长度；
开通电解液阀门，电解液通过毛刷电极射向工件表面；
开启电解加工电源，并通过数控系统控制毛刷电极沿预设轨迹走刀开始加工；
在加工过程中，毛刷(2)位于工具电极（1）进给方向的相反一侧；毛刷刷块（2-1）底部端面与工件上表面始终保持初始加工间隙；柔性刷丝（2-2）在弹簧（3）向下的力作用下与工件（11）表面紧密接触；
密集的刷丝将电解液与工件已加工表面（10）离开，避免低电流密度对已加工表面的二次电解加工，从而消除杂散腐蚀，获得高表面加工质量。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于：所述毛刷刷块（2-1）底部端面距离工件上表面的初始加工间隙为0.1-0.5mm。
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