回轉(zhuǎn)體表面凸臺結(jié)構(gòu)電解加工雙極性電極及其電解加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
本發(fā)明采用回轉(zhuǎn)體表面凸臺結(jié)構(gòu)電解加工雙極性電極及其電解加工方法，屬于電解加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電解加工是利用電化學(xué)反應(yīng)快速去除工件材料。與傳統(tǒng)機械加工方式相比，電解加工為非接觸加工，在加工過程中無刀具損耗、無殘余應(yīng)力、無冷作硬化、無塑性變形、表面粗糙度低等優(yōu)點。因此電解加工適用于薄壁零件、空間復(fù)雜曲面以及難切削的高溫合金材料的加工。
[0003]機匣作為航空發(fā)動機中的重要零件，是一種具有復(fù)雜凹凸型面的大型薄壁零件，其材料多為高溫合金或鈦合金，用傳統(tǒng)的機械加工，刀具損耗很大，加工周期長，加工費用高，加工完成后殘余應(yīng)力大，工件易變形，需經(jīng)過復(fù)雜的熱處理工藝來消除變形。為解決薄壁機匣零件的加工難題，南京航空航天大學(xué)提出了一種新型的航空發(fā)動機薄壁機匣電解加工方法(申請?zhí)?01410547093.X申請人南京航空航天大學(xué)，發(fā)明人朱荻朱增偉王宏睿王登勇)，在加工過程中，只使用單一回轉(zhuǎn)體工具電極即可實現(xiàn)復(fù)雜型面的一次性加工成型。與傳統(tǒng)的采用多個電極分度、分塊、分工步加工的機匣電解加工方式相比，加工工序更為簡單。此方法克服了傳統(tǒng)電解加工工具設(shè)計困難、需后續(xù)去除“進(jìn)出口痕跡”、加工工件易變形等問題，實現(xiàn)高效、高質(zhì)量、低成本電解加工。
[0004 ]雜散腐蝕是電解加工中的常見問題，已經(jīng)成為制約電解加工精度的一個重要因素。在上述的航空發(fā)動機薄壁機匣電解加工方法中，由于工件陽極與工具陰極相對旋轉(zhuǎn)，非加工區(qū)的凸臺表面的雜散腐蝕依然存在，影響凸臺結(jié)構(gòu)的成型質(zhì)量。如何減少雜散腐蝕以提高電解加工精度已成為電解加工領(lǐng)域中的核心問題之一。
[0005]傳統(tǒng)提高電解加工精度的方法主要有:I)改變電解液，使用低濃度的NaNO3等鈍性電解液;2)采用混氣電解加工方法，在電解液中混入大量的壓縮空氣，降低加工間隙中電解液的電導(dǎo)率使得側(cè)面間隙區(qū)域溶解速度降低;3)利用脈沖電解加工方法，脈沖電解加工有利于電解產(chǎn)物的及時排出，改善加工間隙的電解液，提高加工質(zhì)量。上述方法中能夠有效提高電解加工精度，但是仍然有其不足之處，低濃度的鈍性電解液、低電導(dǎo)率的混氣電解液以及脈沖電解加工都會導(dǎo)致加工效率的降低。近年來，在以上基礎(chǔ)之上，研究人員又提出了一些新的解決手段來提高電解加工精度。在專利“型面電解加工復(fù)合磁場裝置”(申請?zhí)?00320109822.0申請人西安工業(yè)學(xué)院，發(fā)明人范植堅馬保吉鐘玲陳林賈建利)中，利用磁場與電解加工復(fù)合，有效地解決了復(fù)雜型面電解加工的精加工問題。在專利“采用雙極性電極的微細(xì)群坑電解加工方法及其雙極性電極”(申請?zhí)?00810022327.3申請人南京航空航天大學(xué)，發(fā)明人朱荻曲寧松錢雙慶李冬林)中，采用帶有正負(fù)兩個極性的電極進(jìn)行群坑電解加工，利用帶正電的輔助電極來減少坑側(cè)壁的電場強度，從而提高電解加工精度。在專利“輔助電極管電極電解加工方法”(申請?zhí)?01310199975.7申請人南京航空航天大學(xué)，發(fā)明人房曉龍曲寧松朱荻張玉冬)中，采用帶有正電位差的輔助電極進(jìn)行管電極加工以提高管電極電解加工群孔出口精度。
[0006]上述專利中復(fù)合磁場、雙極性電極、輔助電極管都是通過改變加工間隙的電場分布，減少非加工區(qū)的雜散電流來提高電解加工精度，但都有其局限性，復(fù)合磁場裝置較為復(fù)雜實施比較困難，雙極性電極以及輔助電極管都是用于解決孔或坑類零件側(cè)壁的雜散腐蝕問題。由于在上述新型的薄壁機匣電解加工方法中，工件陽極與工具陰極在相對旋轉(zhuǎn)，其運動形式較傳統(tǒng)電解加工更為復(fù)雜，因此有必要設(shè)計一種新型電極以提高工件表面的凸臺加工成型精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在能夠有效地地減少電解加工中工件非加工凸臺表面的雜散腐蝕，提高電解加工定域性，提出一種回轉(zhuǎn)體表面凸臺結(jié)構(gòu)電解加工雙極性電極及其電解加工方法。
[0008]一種回轉(zhuǎn)體表面凸臺結(jié)構(gòu)電解加工雙極性電極，其特征在于:包括電源、工具陰極、工件陽極、輔助電極、電子負(fù)載;輔助電極為不溶于中性鹽溶液的鈦或惰性金屬；
所述工具陰極表面開有鏤空的窗口結(jié)構(gòu)；所述工具陰極緊緊固定于所述輔助電極表面，且兩者之間具有絕緣層；
所述工件陽極與所述電子負(fù)載串聯(lián)后，再與所述輔助電極串聯(lián)后與電源正極相連;所述工具陰極與電源負(fù)極相連。
[0009]根據(jù)所述回轉(zhuǎn)體表面凸臺結(jié)構(gòu)電解加工雙極性電極的電解加工方法，其特征在于:該方法適用于回轉(zhuǎn)體表面高度為O-1mm的低凸臺電解加工，加工時將電子負(fù)載設(shè)定為恒壓模式，以保證輔助電極與工件陽極之間有穩(wěn)定的正電勢差；由于輔助電極與凸臺距離很近，根據(jù)電場分布原理，具有更高電勢的輔助電極能夠有效改變加工區(qū)凸臺表面的電場分布，消除凸臺表面的雜散電流，起到保護(hù)凸臺表面不受雜散腐蝕的作用。
[0010]對于回轉(zhuǎn)體表面高度為O-1mm的低凸臺，輔助電極與凸臺距離很近，輔助電極固定在工具陰極窗口內(nèi)壁即可滿足實際加工要求。
[0011]
一種回轉(zhuǎn)體表面凸臺結(jié)構(gòu)電解加工雙極性電極，其特征在于:包括電源、工具陰極、工件陽極、輔助電極、電子負(fù)載;輔助電極為不溶于中性鹽溶液的鈦或惰性金屬；
所述工具陰極具有安裝凹槽，在工具陰極的外壁面，且與安裝凹槽對應(yīng)的位置具有彈簧安裝框;所述安裝凹槽的底部具有通孔，所述輔助電極安裝于該安裝凹槽中，且輔助電極的末端穿過上述通孔;輔助電極末端與彈簧安裝框底部之間依次為限位螺母和彈簧;所述工具陰極與輔助電極之間具有絕緣層;所述輔助電極上與所述工件陽極相對的面嵌有使輔助電極和工件陽極不能接觸的絕緣擋片；
所述工件陽極與所述電子負(fù)載串聯(lián)后，再與所述輔助電極串聯(lián)后與電源正極相連;所述工具陰極與電源負(fù)極相連。
[0012]根據(jù)所述回轉(zhuǎn)體表面凸臺結(jié)構(gòu)加工電極系統(tǒng)的電解加工方法，其特征在于:對于回轉(zhuǎn)體表面高度為l-20mm的高凸臺電解加工，加工時將電子負(fù)載在工作時設(shè)定為恒壓模式，以保證輔助電極與工件陽極之間有穩(wěn)定的正電勢差;在加工過程中，工件陽極與工具陰極以相同的轉(zhuǎn)速相對旋轉(zhuǎn)，當(dāng)凸臺轉(zhuǎn)至中間的加工區(qū)域時，輔助電極在彈簧的彈性作用下能夠始終與凸臺表面接觸;限位螺母用于控制輔助電極隨著彈簧在一定范圍內(nèi)運動；
由于輔助電極與凸臺距離很近，根據(jù)電場分布原理，具有更高電勢的輔助電極能夠有效改變加工區(qū)凸臺表面的電場分布，消除凸臺表面的雜散電流，起到保護(hù)凸臺表面不受雜散腐蝕的作用。
[0013]對于回轉(zhuǎn)體表面高度為1-20mm的高凸臺，當(dāng)輔助電極固定在工具陰極窗口內(nèi)壁時，輔助電極與凸臺距離很遠(yuǎn)，不能有效消除凸臺表面的雜散電流，將輔助電極安裝在彈簧裝置上，在彈簧的彈性作用下能夠保證輔助電極與凸臺表面始終接觸，從而起到