一种编程式通电型面电解加工方法与装置

1.本发明涉及电解加工技术领域，具体为一种编程式通电型面电解加工方法与装置。


背景技术：

2.电解加工是一种基于金属材料阳极电化学溶解加工成形的特种加工方法。该方法有着无切削力、无刀具损耗、加工效率高、加工表面质量好、加工不受材料力学特性影响等优点，因而被广泛的应用于航空航天等领域的叶片、叶盘、机匣等关键零件的型面加工与制造。目前，电解加工已被英国r.r、美国ge以及p&w等国际主流航空发动机制造商大量应用于发动机的生产与制造当中。
3.以航空发动机叶片型面加工为例，在进行叶片型面电解时，叶片毛坯接电源正极，工具电极接电源负极，叶片毛坯被固定在工装夹具上，一对工具电极向着叶片叶盆、叶背表面相向进给，工具工件之间通高速流动的电解液。加工时，在工具表面发生还原反应，电解液中的氢离子被还原成氢分子并凝聚成氢气泡，而在工件表面发生氧化反应，工件金属材料表面金属原子失去电子形成金属阳离子被溶解于电解液中，溶解后的金属阳离子结合溶液中的氢氧根离子形成不溶性絮状氢氧化物，此外由于电功率的存在，产生了大量的焦耳热，使电解液温度不断升高。形成的不溶性产物、气泡以及产生的热量在电解液的冲刷下，被迅速带离加工区。维持了加工间隙内溶液状态的纯净，保障了加工的稳定持续进行。加工时，阳极材料在电化学的作用下被不断去除，并且随着工具电极的进给，近似拷贝出工具的轮廓，并最终达到加工叶片轮廓的目的。
4.然而，在进行较大尺寸工件型面电解加工时，由于加工面积的增大、流道的增长，使得加工时生成的产物、气泡以及热量大量增加，而由于电解加工中间隙较小，电解液流速在达到一定流速后很难再得到有效的提高，因此产物、气泡以及热量的积累会随着电解液向出液口一侧产生严重的累积。根据电解液电导率公式(1-1)可知，伴随着产物、热量的大量积累，电解液电导率会产生巨大的波动。这使得电解加工进程出现较大波动，工件型面加工控制变得十分困难，严重时甚至会发生产物堵塞加工间隙导致加工失败。
5.κ＝κ0(1 ξ(t-t0))(1-β)nꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1-1)
6.式中κ为电解液电导率，κ0为初始电解液电导率，t为电解液温度，t0为初始电解液温度，ξ为电解液电导率温升系数，β为气泡率，n为气泡影响系数。
7.此外，在进行大尺寸型面电解加工时，由于加工面积较大，使得加工电流较大，这就对加工电源拥有较高的需求，无形间增加了生产需求成本。此外，大电流加工也会带来引电困难、发热严重等问题，基于此，本发明设计了一种编程式通电型面电解加工方法与装置以解决上述问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种编程式通电型面电解加工方法与装置，以解决上述背
景技术中提出的问题。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种编程式通电型面电解加工装置，包括有组装工具电极一和组装工具电极二均由若干阴极块共同拼装而成；
10.各阴极块之间有绝缘层，连接结构为绝缘材料，拼装后的阴极块两两之间相互绝缘；拼装后的各阴极块端面共同形成加工型面，用于对工件的型面成型加工，各阴极块端面做钝化处理，避免在电解加工过程中被腐蚀破坏。
11.优选的，所述夹具主体分为工件座、下夹具与上夹具三部分。
12.优选的，所述工件座为导电金属材料，固定于下夹具上，用于安装固定阳极工件，需保证工件安装后的精确定位，工件座通过引电铜排连接电源正极，将电源与工件接通；下夹具采用绝缘材料制造，固定于加工机床装备之上。
13.优选的，下夹具结构需对工件座关键部位进行遮挡屏蔽，避免工件座材料在加工时被腐蚀破坏；上夹具材料为绝缘材料，安装于下夹具之上，上夹具与下夹具接触面呈密闭性设置，避免加工时电解液的溢出。
14.优选的，上夹具与下夹具装配完成后工件位于中心部位，夹具内部形成工具电极进给通道与电解液流道，组装工具电极一和组装工具电极二与进给通道壁面贴合，组装工具电极一和组装工具电极二均可沿着进给通道向着工件进给。
15.优选的，电解液流道结构需确保在整个加工过程中，电解液能顺利从进液口流入加工区再从加工区流出从出液口排出，电解液流道的进液口和出液口分别和电解液循环系统的进出液口管路相连接，确保电解液的顺利循环。
16.优选的，所述编程式电流通断装置主要由控制电路和电子开关电路组成；控制电路可以根据设定程序控制电子开关电路上的电子开关按着给定的程序规律进行电流通断控制；开关电路数量不少于组装工具电极一和组装工具电极二上阴极块数量，各电子开关电路开关的两端分别连接电源和组装工具电极一和组装工具电极二上各阴极块，可实现对各阴极块通电电流的分别控制。
17.一种编程式通电型面电解加工方法与装置，包括以下步骤：
18.步骤一、设定编程式电流通断装置电流通断控制程序，需保证在同一个通电时间段内加工区各阴极块间隔通电，每个阴极块对应的加工间隙内产物、气泡、热量的积累在一个较小的范围内，不会对加工过程产生较大影响；
19.步骤二、在通电一个微小时间单元后，通电阴极块断电，电解液将加工间隙内的产物、气泡、热量全部带离；
20.步骤三、之前未通电的单元按照设定程序通电，通电规则同之前相同，每个阴极块对应的加工间隙内产物、气泡、热量的积累在一个较小的范围内，不会对加工过程产生较大影响，如此往复周期通电；
21.步骤四、在加工的最终阶段，需保证在同一个周期内各阴极块的通电时长相同，以保证各部位均匀的腐蚀去除。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.1、通过优化设计阴极块尺寸，合理设置编程通电规律，可以有效调节产物空间分布规律，减小产物、气泡、热量的累积，显著提升电解加工精度与加工稳定性。
24.2、在加工前期，通过调节加工电流的空间分布，增加毛坯余量较大部位通电时长，
减小余量较少部位的通电时长，可优先对余量较大部位材料进行去除，实现毛坯余量的快速均匀化，提高大余量工件的可加工性。
25.3、合理分配加工电流，可以有效减小相同加工面积工件所需加工电流，在电源峰值电流一定时，可实现小电流大尺寸零件成型电解加工，降低了电解加工电源设备要求，节约了设备成本。
26.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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。
28.图1是编程式通电型面电解加工装置加工系统原理图；
29.图2是编程式通电型面电解加工局部通电加工图；
30.图3是编程式通电型面电解加工断电排出产物图；
31.图4是编程式通电型面电解加工剩余部分通电加工图；
32.图5是组装工具电极结构图；
33.图6是编程式通电型面电解加工夹具结构图；
34.图7是编程式电流通断装置电流通断控制原理图。
35.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
36.1、组装工具电极一；2、出液口；3、上夹具；4、组装工具电极二；5、工件；6、进液口；7、下夹具；8、工件座；9、工具连杆；10、绝缘层；11、连接结构；12、引电块；13、阴极块。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
38.请参阅图1至图7，本发明提供一种编程式通电型面电解加工方法与装置技术方案：包括有组装工具电极一1和组装工具电极二4均由若干阴极块13共同拼装而成；
39.各阴极块13之间有绝缘层10，连接结构11为绝缘材料，拼装后的阴极块13两两之间相互绝缘；拼装后的各阴极块13端面共同形成加工型面，用于对工件5的型面成型加工，各阴极块13端面做钝化处理，避免在电解加工过程中被腐蚀破坏，夹具主体分为工件座8、下夹具7与上夹具3三部分，工件座8为导电金属材料，固定于下夹具7上，用于安装固定阳极工件5，需保证工件5安装后的精确定位，工件座8通过引电铜排连接电源正极，将电源与工件5接通；下夹具7采用绝缘材料制造，固定于加工机床装备之上，下夹具7结构需对工件座8关键部位进行遮挡屏蔽，避免工件座8材料在加工时被腐蚀破坏；上夹具3材料为绝缘材料，安装于下夹具7之上，上夹具3与下夹具7接触面呈密闭性设置，避免加工时电解液的溢出，上夹具3与下夹具7装配完成后工件5位于中心部位，夹具内部形成工具电极进给通道与电
解液流道，组装工具电极一1和组装工具电极二4与进给通道壁面贴合，组装工具电极一1和组装工具电极二4均可沿着进给通道向着工件5进给，电解液流道结构需确保在整个加工过程中，电解液能顺利从进液口6流入加工区再从加工区流出从出液口2排出，电解液流道的进液口6和出液口2分别和电解液循环系统的进出液口管路相连接，确保电解液的顺利循环。
40.编程式电流通断装置主要由控制电路和电子开关电路组成；控制电路可以根据设定程序控制电子开关电路上的电子开关按着给定的程序规律进行电流通断控制；开关电路数量不少于组装工具电极一1和组装工具电极二4上阴极块13数量，各电子开关电路开关的两端分别连接电源和组装工具电极一1和组装工具电极二4上各阴极块13，可实现对各阴极块13通电电流的分别控制。
41.设定编程式电流通断装置电流通断控制程序，需保证在同一个通电时间段内加工区各阴极块13间隔通电，每个阴极块13对应的加工间隙内产物、气泡、热量的积累在一个较小的范围内，不会对加工过程产生较大影响；在通电一个微小时间单元后，通电阴极块13断电，电解液将加工间隙内的产物、气泡、热量全部带离；之前未通电的单元按照设定程序通电，通电规则同之前相同，每个阴极块13对应的加工间隙内产物、气泡、热量的积累在一个较小的范围内，不会对加工过程产生较大影响，如此往复周期通电；在加工的最终阶段，需保证在同一个周期内各阴极块的通电时长相同，以保证各部位均匀的腐蚀去除。
42.本发明所提供的产品型号只是为本技术方案依据产品的结构特征进行的使用，其产品会在购买后进行调整与改造，使之更加匹配和符合本发明所属技术方案，其为本技术方案一个最佳应用的技术方案，其产品的型号可以依据其需要的技术参数进行替换和改造，其为本领域所属技术人员所熟知的，因此，本领域所属技术人员可以清楚的通过本发明所提供的技术方案得到对应的使用效果。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
44.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。