一种电化学加工装置及电化学加工方法与流程

1.本发明涉及蒙皮加工技术领域，具体涉及一种电化学加工装置及电化学加工方法。


背景技术：

2.大型蒙皮、整体结构壁板结构在减重率、结构效率、疲劳强度、密封可靠性、气动外形等方面均优于小蒙皮的拼接结构。
3.蒙皮零件外形复杂，既有单曲度的也有双曲度的，甚至还有像整流罩这样具有更加复杂形状的自由曲面。蒙皮形状精度要求较高，根据受力情况，有些蒙皮零件可能是变厚度甚至是变截面的。
4.整体壁板是一种由骨架元件、连接元件与蒙皮构成的整体零件；整体壁板尺寸大，且多为双曲率曲面结构。
5.目前，整体壁板主要有两种加工方式：化学铣切和镜像铣削加工。
6.化学铣切(简称化铣)也是蒙皮壁板类零件加工的主要方法。化铣是将材料待加工的部位暴露在化学介质(溶液)中进行腐蚀，从而获得所需的零件形状和尺寸的一种加工方法，是一种无刀具、无切屑、无应力的特种加工工艺。但是存在污染、危害人体健康，加工精度低，壁厚公差难以控制，腐蚀双层壁中间焊缝等问题。
7.蒙皮镜像铣削(mms)主要是由柔性夹具和两台同步运动的五轴或六轴卧式加工机床组成。柔性夹具采用三轴柔性定位真空吸盘吸附固定蒙皮，或者采用周边柔性夹持框夹持固定蒙皮。mms技术可以通过一次装夹完成蒙皮毛坯成型加工后的全部加工，从而消除了因多次装夹造成的重复定位误差，保证蒙皮零件加工精度。但是存在，加工设备过于复杂，双五轴设备；表面为铣刀加工塑性表面，加工存在残余应力等问题。
8.因此，本发明提供了一种电化学加工装置及电化学加工方法。


技术实现要素：

9.(1)要解决的技术问题
10.本发明实施例提供了一种电化学加工装置及电化学加工方法，解决了蒙皮表面加工精度不高、存在加工应力的技术问题。
11.(2)技术方案
12.为了解决上述技术问题，本发明提出了一种电化学加工装置，包括安装座、伸缩驱动元件、电极、万向轴承和水套；
13.所述伸缩驱动元件安装在所述安装座上，所述电极安装在所述伸缩驱动元件的伸缩端，所述万向轴承连接在所述安装座和所述电极之间；
14.所述电极加工工件时，所述水套能够往所述电极和所述工件之间通入电解液。
15.可选地，所述电化学加工装置还包括端面球轴承，所述端面球轴承安装于所述电极上，所述端面球轴承突出于所述电极用于加工所述工件一面，以使所述电极加工所述工
件时，所述电极和所述工件之间形成预设间隙。
16.可选地，所述电化学加工装置还包括顶杆，所述顶杆连接在所述伸缩驱动元件的伸缩端和所述电极之间。
17.可选地，所述电极包括凸面电极和凹面电极。
18.可选地，所述伸缩驱动元件包括气缸。
19.本发明还提出了一种电化学加工方法，包括：
20.获取待加工的工件表面的待加工凸面和待加工凹面；
21.根据所述待加工凹面选择凸面电极；
22.根据所述待加工凸面选择凹面电极；
23.控制所述凸面电极将所述待加工凹面加工成凹面；
24.控制所述凹面电极将所述待加工凸面加工成凸面。
25.可选地，所述获取待加工的工件表面的待加工凸面和待加工凹面之后，还包括：
26.对所述工件进行清洗。
27.可选地，所述获取待加工的工件表面的待加工凸面和待加工凹面之后，还包括：
28.在所述工件表面形成保护膜。
29.可选地，所述控制所述凹面电极将所述待加工凸面加工成凸面之后，还包括：
30.去除所述保护膜。
31.可选地，所述控制所述凸面电极将所述待加工凹面加工成凹面，包括：
32.控制所述凸面电极移动至所述待加工凹面上方；
33.在所述凸面电极和所述待加工凹面之间通入电解液，将所述待加工凹面加工成所述凹面；
34.所述控制所述凹面电极将所述待加工凸面加工成凸面，包括：
35.控制所述凹面电极移动至所述待加工凸面上方；
36.在所述凹面电极和所述待加工凸面之间通入电解液，将所述待加工凸面加工成所述凸面；
37.其中，所述凸面电极和所述待加工凹面之间的预设间距为0.1mm～0.8mm，所述电解液和所述待加工凹面之间的压强为0.1mpa～0.2mpa。
38.(3)有益效果
39.综上，本发明的电化学加工装置中，安装座用于固定伸缩驱动元件，伸缩驱动元件用于带动电极朝工件方向伸缩，当电极移动至工件上方时，通过水套在电极和工件之间通入电解液，伸缩驱动元件带动电极朝工件方向推动，使电解液对工件产生压强，且使电极和工件之间形成预设间隙，预设间隙用于容纳电解液。当将电极靠近工件的一面加工出对应的形状时，能够将工件的表面加工成需要的形状。通过设置万向轴承，电极可以绕万向轴承的中心转动或偏转，以适应工件表面的曲面形状。
40.本发明的电化学加工装置中，加工精度高、加工后的工件不存在加工应力的问题。
41.本发明的电化学加工方法中，在加工工件前，在工件表面将设计出待加工凸面和待加工凹面，待加工凸面和待加工凹面可以根据需要自定义设计。然后根据所述待加工凹面选择凸面电极，根据所述待加工凸面选择凹面电极。凸面电极可以在工件表面加工出凹面，凹面电极可以在工件表面加工出凸面，能够实现自由曲面薄壁复杂结构加工，满足加工
精度和加工表面质量的要求，且不会产生应力，加工精度高。
附图说明
42.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。
43.图1是本发明一实施例中电化学装置的主视图；
44.图2是本发明一实施例中电化学装置的侧视图；
45.图3是本发明一实施例中电化学装置的局部结构示意图；
46.图4是本发明一实施例中电化学装置的局部剖视图；
47.图5是本发明一实施例中电化学装置加工工件的应用场景图。
48.图中：100-电化学加工装置；101-工件；102-电解液；10-安装座；20-伸缩驱动元件；30-电极；40-万向轴承；50-水套；60-端面球轴承；70-顶杆。
具体实施方式
49.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。
50.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本技术。
51.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。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。
52.请参照图1至图3，本实施例提出了一种电化学加工装置100，包括安装座10、伸缩驱动元件20、电极30、万向轴承40和水套50；所述伸缩驱动元件20安装在所述安装座10上，所述电极30安装在所述伸缩驱动元件20的伸缩端，所述万向轴承40连接在所述安装座10和所述电极30之间；所述电极30加工工件101时，所述水套50能够往所述电极30和所述工件101之间通入电解液102。
53.本实施例的电化学加工装置100中，安装座10用于固定伸缩驱动元件20，伸缩驱动元件20用于带动电极30朝工件101方向伸缩，当电极30移动至工件101上方时，通过水套50在电极30和工件101之间通入电解液102，伸缩驱动元件20带动电极30朝工件101方向推动，使电解液102对工件101产生压强，且使电极30和工件101之间形成预设间隙，预设间隙用于容纳电解液102。当将电极30靠近工件101的一面加工出对应的形状时，能够将工件101的表面加工成需要的形状。通过设置万向轴承40，电极30可以绕万向轴承40的中心转动或偏转，以适应工件101表面的曲面形状。
54.本实施例的电化学加工装置100中，加工精度高、加工后的工件101不存在加工应
力的问题。
55.其中，工件101为蒙皮，电极30偏转的角度为18
°
，电极30为阴极电极30，加工工件101时，伸缩驱动元件20带动电极30悬浮在工件101上方。
56.请一并参照图4和图5，在一实施例中，所述电化学加工装置100还包括端面球轴承60，所述端面球轴承60安装于所述电极30上，所述端面球轴承60突出于所述电极30用于加工所述工件101一面，以使所述电极30加工所述工件101时，所述电极30和所述工件101之间形成预设间隙。端面球轴承60能够确保电极30和工件101之间的预设间隙较为恒定，电解液102均匀稳定流动，便于控制加工进给量，有利于提高加工精度。端面球轴承60还能够避免发生短路。端面球轴承60的数量两个，两端面球轴承60分别位于电极30的两侧，端面球轴承60能够随着电极30移动。
57.在一实施例中，所述电化学加工装置100还包括顶杆70，所述顶杆70连接在所述伸缩驱动元件20的伸缩端和所述电极30之间。顶杆70用于连接伸缩端和电极30，主要用于安装电极30，其中，水套50也可以安装在顶杆70上，水套50和电解液源连通，电解液102在供液主泵作用下，经水管和水套50流入水套50通入电极30和工件101之间。
58.在一实施例中，所述电极30包括凸面电极和凹面电极，凸面电极用于在工件101表面加工出凸面，凸面电极用于在工件101表面加工出凹面。
59.在一实施例中，所述伸缩驱动元件20包括气缸，不会引入污染物，结构简单，控制方便。可以理解的是，伸缩驱动元件20还可以为电缸、液压缸等具有伸缩行程的驱动元件。
60.本实施例还提出了一种电化学加工方法，包括：
61.s1、获取待加工的工件101表面的待加工凸面和待加工凹面；
62.s4、根据所述待加工凹面选择凸面电极；
63.s5、根据所述待加工凸面选择凹面电极；
64.s6、控制所述凸面电极将所述待加工凹面加工成凹面；
65.s7、控制所述凹面电极将所述待加工凸面加工成凸面。
66.本实施例的电化学加工方法中，在加工工件101前，在工件101表面将设计出待加工凸面和待加工凹面，待加工凸面和待加工凹面可以根据需要自定义设计。然后根据所述待加工凹面选择凸面电极，根据所述待加工凸面选择凹面电极。凸面电极可以在工件101表面加工出凹面，凹面电极可以在工件101表面加工出凸面，能够实现自由曲面薄壁复杂结构加工，满足加工精度和加工表面质量的要求，且不会产生应力，加工精度高。
67.在一实施例中，上述电化学加工方法应用于上述电化学加工装置100。
68.在一实施例中，凸面电极和凹面电极上均设有端面球轴承60，端面球轴承60能够使凸面电极或凹面电极和工件101之间形成恒定的预设间距，提高了加工精度。
69.在一实施例中，所述获取待加工的工件101表面的待加工凸面和待加工凹面之后，还包括：
70.s2、对所述工件101进行清洗。将工件101浸没于清水中，打开超声激励。以30分钟为一个周期超声清洗工件101表面。每个周期结束后，取出工件101后，检查工件101表面，确定污物全部清洗。
71.在一实施例中，所述获取待加工的工件101表面的待加工凸面和待加工凹面之后，还包括：
72.s3、在所述工件101表面形成保护膜。工件101上的保护膜主要让电解加工时具有选择性，需要工件101上需要加工的区域裸露出金属表面。采用激光制备出保护膜高精度图案。具体的，在工件101表面涂覆保护膜，然后可以通过激光清洗的方式有选择的去除需要加工区域。
73.在一实施例中，所述控制所述凹面电极将所述待加工凸面加工成凸面之后，还包括：
74.s8、去除所述保护膜。加工完成后，保护膜已经完成了加工过程中的保护工作，可以将保护膜去除，以便于后续工序作业。具体的，通过8％的naoh溶液去除工件101表面的保护膜。
75.在一实施例中，所述控制所述凸面电极将所述待加工凹面加工成凹面，包括：
76.控制所述凸面电极移动至所述待加工凹面上方；
77.在所述凸面电极和所述待加工凹面之间通入电解液102，将所述待加工凹面加工成所述凹面；
78.其中，所述凸面电极和所述待加工凹面之间的预设间距为0.1mm～0.8mm，预设间距决定了决定工件101表面的加工质量和尺寸加工精度。所述电解液102和所述待加工凹面之间的压强为0.1mpa～0.2mpa，保证了电极30和工件101之间的电解液102均匀分布。调节伸缩驱动元件20可以调节压强，电极30在伸缩驱动元件20的作用下悬浮于电解液102表面；
79.所述控制所述凹面电极将所述待加工凸面加工成凸面，包括：
80.控制所述凹面电极移动至所述待加工凸面上方；
81.在所述凹面电极和所述待加工凸面之间通入电解液102，将所述待加工凸面加工成所述凸面。
82.综上，本实施例的电化学加工装置100及电化学加工方法具有以下优点：
83.(1)本实施例的电化学加工装置100及电化学加工方法属于一种无应力不接触的冷加工，加工过程中，不会引起工件101变形；电化学加工效率高，提高自由曲面壁板类工件101的加工速度；电化学加工区域表面质量高，并且对非加工区域无影响；照相电解加工尺寸(轮廓)精度高，无过切等不足之处。
84.(2)凸面电极和凹面电极可以自由组合，能够适用多种曲率的薄壁曲面工件101，节省电极30设计和制造投入。
85.(3)气动悬浮式电极30，伸缩驱动元件20能够带动电极30悬浮在电解液102上，可以对电解液102及工件101施加恒定的压强，促进电解液102在电极30和工件101之间均匀分布，提高电解加工表面加工质量。
86.(4)电极30通过万向轴承40实现万向调节，电极30能够适应工件101表面曲面，实现加工间隙的恒定，控制加工精度，满足加工自由曲面薄壁结构的需求。
87.(5)在电极30的端面增加端面球轴承60，可以进一步实现电极30和工件101之间的预设间距恒定，还可以及时扶正电极30的姿态，跟随自由曲面曲率而变化，还可以电解加工间隙始终处于安全距离，不致发生短路。
88.以上仅为本技术的实施例而已，并不限制于本技术。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，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围内。