CN114850594A - 一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装及电解工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装及电解工艺,工具阴极与机床主轴及电解液入口相连,电解夹具通过螺栓连接在机床工作台上,电解夹具内装夹待加工工件,工具阴极上端与机床主轴对位安装,工具阴极下端加工成六面柱体,工具阴极上端与工具阴极下端之间为圆柱体工具阴极中段,所述工具阴极的内部上下贯通加工有用于电解液流通的通孔,通过预加工底孔后再电解的方法加工内六方结构盲孔。本发明实现了对难加工材料的内六方结构电解加工,解决了常规的热冲压加工无法实现的困难;与采用电火花加工相比电解加工效率高、工具阴极无损耗、无残余应力和变形,在批量生产中电解加工工件的一致性、合格率以及生产效率的优势更加突出。
Description
技术领域
本发明属于电解加工工艺技术领域,特别涉及一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装及电解工艺。
背景技术
目前,加工内六方结构常见工艺方法有:①毛坯冷镦一次加工成形。②车削加工六方底孔,然后通过热冲加工内六方;③车削加工六方底孔及退刀槽,再插削内六方。④车削加工六方底孔,电火花加工内六方。以上工艺方法不仅适用于航空航天领域,整个机械加工领域都广泛应用。冷镦加工效率高,工序周转少,但需要专用设备,且仅适合加工较大批量且精度要求不高的小型内六方零件;热冲加工效率较高,但工序周转次数较多,且对零件的结构形式有限制;插削方便加工各种尺寸的内六方,但加工效率低,周转次数同样较多;电火花加工可加工特殊结构内六方,如六方与底孔等深的零件,但其加工效率低,电极消耗快,尺寸不稳定。
航天用高温合金转子为高温合金材料,硬度40HRC以上,属于难加工材料,高温合金转子的内六方结构,如图1所示,内六方与盲孔等深,由于其结构特殊,常规的热冲压加工无法实现;采用电火花加工,电极消耗快,尺寸不稳定。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装及电解工艺,解决了上述问题,与电火花方法相比,电解加工效率高、工具阴极无损耗、无残余应力和变形,在批量生产中电解加工优质、高效优势更加突出。
本发明采用的技术方案是:一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装,工具阴极与机床主轴及电解液入口相连,电解夹具通过螺栓连接在机床工作台上,所述电解夹具内装夹待加工工件,工件顶端为待加工盲孔内六方结构,所述工具阴极上端与机床主轴对位安装,工具阴极下端加工成六面柱体,工具阴极上端与工具阴极下端之间为圆柱体工具阴极中段,所述工具阴极的内部上下贯通加工有用于电解液流通的通孔。
优选的,所述工具阴极下端的六面柱体尺寸根据待加工盲孔内六方尺寸设计,按侧面加工间隙0.1mm-0.14mm设计,六面柱体底面出液口进行R0.4倒圆角,六面柱体的六方边缘进行R0.2倒圆角。
其效果在于:倒圆角目的在于保证良好的电解液流场均匀性。
优选的,所述工具阴极中段的外表面进行绝缘处理,具体为静电喷涂聚酯薄膜,膜层厚度0.05mm-0.1mm。
其效果在于:减少电解过程中的杂散腐蚀作用,绝缘效果良好。常见的绝缘处理方法有化学转化膜绝缘法、涂覆有机涂层绝缘法及真空气相沉积法等。化学转化膜绝缘法产生的绝缘膜用作阴极绝缘时易遭到腐蚀破坏,丧失绝缘性;真空气相沉积绝缘膜的绝缘性能好,但对制膜环境及制膜设备要求严格,制膜工序复杂,成本较高;有机涂层绝缘膜绝缘性能良好,但大部分与基体的结合力不强,膜长时间浸入电解液后,易造成阴极剥离。本发明涉及的阴极绝缘方法属于涂覆有机涂层绝缘法的一种,但采用静电喷涂工艺方法制作的聚酯薄膜与基体结合性良好,在本发明的实验条件下,可连续加工24h以上,未发生剥离现象。
优选的,所述电解夹具包括夹具下底和夹具上盖,所述夹具下底内部加工有与工件外轮廓形状相配合的槽体,所述夹具上盖内部加工有与工件外轮廓形状相配合的槽体,所述夹具上盖中心处加工有通孔,通孔内径与工件待加工盲孔处的外径间隙配合,所述夹具下底安装在机床工作台上,所述夹具上盖盖在夹具下底上部并通过锁紧螺栓连接将工件除了待加工盲孔处露出外其余部分均装夹在夹具下底和夹具上盖的槽体内部。
其效果在于:电解夹具除了将工件除了待加工位置以外整个包裹住不露出以免被电解液腐蚀外,由于与工件通过间隙配合,保证每件零件位置的一致性,从而,在更换工件时,无需重新找正,减少准备时间,提高加工效率。
优选的,所述电解夹具为奥氏体不锈钢材料,所述工具阴极材质为紫铜。
其效果在于:用于避免电解夹具被腐蚀,紫铜具有优良的导电性、导热性﹑耐蚀性。
本发明还包括一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工艺,包括以下步骤:
S1、预加工底孔,在车床或者数控加工中心上对工件预先加工底孔,底孔与设计要求的内六方孔同轴,底孔为圆柱孔,深度与设计要求的内六方孔深度相同;
S2、电解精加工;
S2.1、开机,循环电解液0.5h-1h,直至电解液电导率稳定在±0.5范围内;
S2.2、安装工件,将待加工工件通过电解夹具夹紧固定安装在工作台上;
S2.3、安装工具阴极,将工具阴极安装在机床主轴前端;
S2.4、调整工具阴极位置,通过位移微调装置,调整工具阴极与工件相对位置,保证形位公差要求;
S2.5、对刀,先手动对刀,将工具阴极移动至工件上表面一定位置,具体为距离工件上表面1mm-1.5mm,再通过自动对刀,工具阴极以0.7mm/min速度缓慢移动至工件上表面;
S2.6、设定电解加工工艺参数,加工电压15-17V,进给速度2.0-2.5mm/min,温度25-30℃;S2.7、启动加工程序,进行完整工件电解加工;
S2.8、拆卸零件,清洗。
优选的,所述步骤2.1中电解液为NaNO3溶液,电解液压力0.8-1.0MPa,电解液电导率130-150mS/cm,电解液pH值7.0-7.5。
其效果在于:有利于提高电解加工的效果,控制电解加工的稳定性。
优选的,所述步骤2.1中电解液为NaNO3溶液和NaOH溶液混合液,电解液压力0.8-1.0MPa,电解液电导率130-150mS/cm,电解液pH值7.5。
其效果在于:本发明所加工工件材质为镍基高温合金,镍基高温合金的主要成分是Ni和Cr,其余合金元素含量大致可以忽略。金属元素镍电解产物溶于水,所以较易实现电解加工;而合金中的Cr还原性较强,是较活泼的金属,Cr的表面易形成紧密的氧化物薄膜而钝化,表现出化学惰性,影响加工效率;而在电解液中增加OH-离子,电解液呈现弱碱性,使氧化膜更容易被溶解,可以有效提高加工效率,取得更好的电解加工效果。
本发明的有益效果是:本发明实现了对难加工材料的内六方结构电解加工,解决了常规的热冲压加工无法实现的困难;与采用电火花加工相比电解加工效率高、工具阴极无损耗、无残余应力和变形,在批量生产中电解加工工件的一致性、合格率以及生产效率的优势更加突出。采用预加工底孔后再进行进一步电解加工,电解加工后尺寸与理论尺寸偏差小,工件内表面粗糙度达到Ra1.6,满足设计指标要求且进一步提高电解加工的工作效率。
附图说明
图1为一种典型的工件结构示意图;
图2为工具阴极结构示意图;
图3为电解夹具结构示意图。
附图标记:1-工具阴极上端,2-工具阴极中段,3-工具阴极下端,4-通孔,5-夹具下底,6-夹具上盖,7-锁紧螺栓,8-工件,81-待加工盲孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。下述实施例主要以加工一种硬度40HRC以上的高温合金材料的航天用高温合金转子的内六方结构盲孔为例进行具体说明。
如图1~图3所示,一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装,工具阴极与机床主轴及电解液入口相连,电解夹具通过螺栓连接在机床工作台上,电解夹具内装夹待加工的工件8,工件8顶端为待加工盲孔81,待加工盲孔81根据设计要求加工成内六方结构。工具阴极材质为紫铜,工具阴极上端1与机床主轴对位安装,工具阴极下端3加工成六面柱体,工具阴极上端1与工具阴极下端3之间为圆柱体工具阴极中段2,工具阴极的内部上下贯通加工有用于电解液流通的通孔4。工具阴极下端3的六面柱体尺寸根据待加工盲孔81内六方尺寸设计,按侧面加工间隙0.1mm-0.14mm设计,六面柱体底面出液口进行R0.4倒圆角,六面柱体的六方边缘进行R0.2倒圆角,以保证良好的电解液流场均匀性。工具阴极中段2的外表面进行绝缘处理,本实施例为静电喷涂聚酯薄膜,膜层厚度0.05mm-0.1mm,用于减少电解过程中的杂散腐蚀作用。在本发明的实验条件下,可连续加工24h以上,未发生剥离现象。
如图3所示,电解夹具为奥氏体不锈钢材料,电解夹具包括夹具下底5和夹具上盖6,夹具下底5内部加工有与工件8外轮廓形状相配合的槽体,夹具上盖6内部加工有与工件8外轮廓形状相配合的槽体,夹具上盖6中心处加工有通孔,通孔内径与工件8待加工盲孔81处的外径间隙配合,夹具下底5安装在机床工作台上,夹具上盖6盖在夹具下底5上部并通过锁紧螺栓7连接将工件8除了待加工盲孔81处露出外其余部分均装夹在夹具下底5和夹具上盖6的槽体内部。电解夹具除了将工件除了待加工位置以外整个包裹住不露出以免被电解液腐蚀外,由于与工件8通过间隙配合,保证每个工件8位置的一致性,在更换工件时,无需重新找正。
进行电解加工时,包括以下步骤:
S1、预加工底孔,在车床或者数控加工中心上对工件8预先加工底孔,底孔与设计要求的内六方孔同轴,底孔为圆柱孔,深度与设计要求的内六方孔深度相同;
S2、电解精加工;
S2.1、开机,循环电解液0.5h-1h,直至电解液电导率稳定在±0.5范围内;
S2.2、安装工件8,将待加工的工件8通过电解夹具夹紧固定安装在工作台上;
S2.3、安装工具阴极,将工具阴极安装在机床主轴前端;
S2.4、调整工具阴极位置,通过位移微调装置,调整工具阴极与工件8相对位置,保证形位公差要求;
S2.5、对刀,先手动对刀,将工具阴极移动至工件8上表面一定位置,具体为距离工件8上表面1mm-1.5mm,再通过自动对刀,工具阴极以0.7mm/min速度缓慢移动至工件8上表面;
S2.6、设定电解加工工艺参数,加工电压15-17V,进给速度2.0-2.5mm/min,温度25-30℃;
S2.7、启动加工程序,进行完整工件8电解加工;
S2.8、拆卸零件,清洗。
其中,步骤2.1中电解液为NaNO3溶液,电解液压力0.8-1.0MPa,电解液电导率130-150mS/cm,电解液pH值7.0-7.5。
本发明的另一个实施例电解工艺与上述实施例基本相同,区别在于:步骤2.1中电解液为NaNO3溶液和NaOH溶液混合液,电解液pH值7.5。本发明所加工工件材质为镍基高温合金,镍基高温合金的主要成分是Ni和Cr,其余合金元素含量大致可以忽略。金属元素镍电解产物溶于水,所以较易实现电解加工;而合金中的Cr还原性较强,是较活泼的金属,Cr的表面易形成紧密的氧化物薄膜而钝化,表现出化学惰性,影响加工效率;经过多次反复试验发现,在电解液中增加OH-离子,电解液呈现弱碱性,使氧化膜更容易被溶解,可以有效提高加工效率,经比对发现电解液为NaNO3溶液和NaOH溶液混合液时的电解效果明显好于电解液为NaNO3溶液时的电解效果。
本发明可扩展应用于高温合金、不锈钢、高强度钢、钛合金材料产品,产品结构如图1所示的内六方与底孔等深的结构;还可进一步扩展应用于内六方通孔结构、内六方深度小于底孔深度的盲孔结构,具有广泛的通用性。
以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理,任何基于本发明技术方案基础上的任何修改、等效变换,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装,其特征在于:工具阴极与机床主轴及电解液入口相连,电解夹具通过螺栓连接在机床工作台上,所述电解夹具内装夹待加工工件,工件顶端为待加工盲孔内六方结构,所述工具阴极上端与机床主轴对位安装,工具阴极下端加工成六面柱体,工具阴极上端与工具阴极下端之间为圆柱体的工具阴极中段,所述工具阴极的内部上下贯通加工有用于电解液流通的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装,其特征在于:所述工具阴极下端的六面柱体尺寸根据待加工盲孔内六方尺寸设计,按侧面加工间隙0.1mm-0.14mm设计,柱体底面出液口进行R0.4倒圆角,六面柱体的六方边缘进行R0.2倒圆角。
3.根据权利要求1所述的一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装,其特征在于:所述工具阴极中段的外表面进行绝缘处理,具体为静电喷涂聚酯薄膜,膜层厚度0.05mm-0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装,其特征在于:所述电解夹具包括夹具下底和夹具上盖,所述夹具下底内部加工有与工件外轮廓形状相配合的槽体,所述夹具上盖内部加工有与工件外轮廓形状相配合的槽体,所述夹具上盖中心处加工有通孔,通孔内径与工件待加工盲孔处的外径间隙配合,所述夹具下底安装在机床工作台上,所述夹具上盖盖在夹具下底上部并通过锁紧螺栓连接将工件除了待加工盲孔处露出外其余部分均装夹在夹具下底和夹具上盖的槽体内部。
5.根据权利要求1所述的一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工装,其特征在于:所述电解夹具为奥氏体不锈钢材料,所述工具阴极材质为紫铜。
6.一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1、预加工底孔,在车床或者数控加工中心上对工件预先加工底孔,底孔与设计要求的内六方孔同轴,底孔为圆柱孔,深度与设计要求的内六方孔深度相同;
S2、电解精加工;
S2.1、开机,循环电解液0.5h-1h,直至电解液电导率稳定在±0.5范围内;
S2.2、安装工件,将待加工工件通过电解夹具夹紧固定安装在工作台上;
S2.3、安装工具阴极,将工具阴极安装在机床主轴前端;
S2.4、调整工具阴极位置,通过位移微调装置,调整工具阴极与工件相对位置,保证形位公差要求;
S2.5、对刀,先手动对刀,将工具阴极移动至工件上表面一定位置,具体为距离工件上表面1mm-1.5mm,再通过自动对刀,工具阴极以0.7mm/min速度缓慢移动至工件上表面;
S2.6、设定电解加工工艺参数,加工电压15-17V,进给速度2.0-2.5mm/min,温度25-30℃;
S2.7、启动加工程序,进行完整工件电解加工;
S2.8、拆卸零件,清洗。
7.根据权利要求6所述的一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工艺,其特征在于:所述步骤2.1中电解液为NaNO3溶液,电解液压力0.8-1.0MPa,电解液电导率130-150mS/cm,电解液pH值7.0-7.5。
8.根据权利要求6所述的一种高温合金零件盲孔内六方结构电解工艺,其特征在于:所述步骤2.1中电解液为NaNO3溶液和NaOH溶液混合液,电解液压力0.8-1.0MPa,电解液电导率130-150mS/cm,电解液pH值7.5。
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