專利名稱：復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
涉及一種復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法及系統(tǒng)，屬于電解加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品性能的要求越來(lái)越高，出現(xiàn)了許多具有復(fù)雜凹凸型面的近似回轉(zhuǎn)體零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、印花模具、軋輥類零件，其中以機(jī)匣最為典型。由于該類零件形狀復(fù)雜、材料難加工、通常采取薄壁結(jié)構(gòu)，因此制造難度很大。本專利以航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣為主要應(yīng)用背景，也可用于軋輥、模具等其它結(jié)構(gòu)件。航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣是一種具有復(fù)雜凹凸型面的大型薄壁零件，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，加工難度很大。機(jī)匣外型面有凸臺(tái)、環(huán)帶、柵格等復(fù)雜凹凸形狀，易產(chǎn)生變形；加工效率很低。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的提高，為降低結(jié)構(gòu)重量和提高強(qiáng)度，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的壁厚將進(jìn)一步減薄，更多地采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加工難度將進(jìn)一步加大。我國(guó)機(jī)匣加工以金屬銑削加工為主。用金屬銑削加工整體薄壁機(jī)匣難度很大，主要體現(xiàn)在以下三方面(1)加工周期長(zhǎng)。機(jī)匣材料多為高溫合金、鈦合金等難加工材料，力口工效率低；(2)生產(chǎn)成本高。銑削加工時(shí)刀具損耗嚴(yán)重，需要頻繁更換刀具，刀具成本高昂。 另外需要采用五軸數(shù)控機(jī)床，設(shè)備成本高。(3)零件易變形。機(jī)匣通常為大型薄壁零件，切削力易造成零件變形。金屬切削加工技術(shù)越來(lái)越不適應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的加工需求，國(guó)內(nèi)外都在積極尋求新的機(jī)匣加工技術(shù)。電解加工具有無(wú)工具損耗、加工效率高、無(wú)宏觀作用力和殘余應(yīng)力、不受材料機(jī)械性能限制等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，適合高強(qiáng)度材料薄壁機(jī)匣的加工。機(jī)匣電解加工在美國(guó)、英國(guó)等航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)大國(guó)得到高度重視，均把機(jī)匣制造技術(shù)列為核心制造技術(shù)。在國(guó)內(nèi)，機(jī)匣的電解加工處于探索階段，還沒(méi)有專用的機(jī)匣電解加工機(jī)床，與國(guó)外有很大差距。目前美國(guó)、英國(guó)已有的機(jī)匣電解加工采用分塊工具加工的方式。這種加工方式流場(chǎng)復(fù)雜，工具設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、難度大，存在著加工穩(wěn)定性差，加工精度低等問(wèn)題。而且，為保證電解液流動(dòng)和產(chǎn)物排出，需要在工具上設(shè)有進(jìn)水口或出水口，因此加工后在工件表面會(huì)殘留“進(jìn)出水口痕跡”，需要后續(xù)機(jī)械加工來(lái)去除，影響加工質(zhì)量，并使加工周期延長(zhǎng)。因此，研究新型的機(jī)匣電解加工技術(shù)，提高加工精度、縮短生產(chǎn)周期、降低成本，對(duì)于新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法及系統(tǒng)，適用于帶凸臺(tái)、凹坑、柵格等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的近似回轉(zhuǎn)體薄壁整體結(jié)構(gòu)件加工，解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣等復(fù)雜薄壁零件的加工難題；克服傳統(tǒng)電解加工工具設(shè)計(jì)困難、需后續(xù)去除“進(jìn)出水口痕跡”、加工精度低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量、低成本電解加工。一種復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法，適用于帶有復(fù)雜凹凸型面的近似回轉(zhuǎn)體工件加工，其特征在于包括以下過(guò)程工具陰極為回轉(zhuǎn)體；在電解加工過(guò)程中工具陰極和工件陽(yáng)極均自轉(zhuǎn)；電解加工過(guò)程中，進(jìn)行加工參數(shù)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、維持陰極陽(yáng)極間隙均勻；通過(guò)工具陰極和工件陽(yáng)極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，利用電解原理將工具陰極的形狀結(jié)構(gòu)復(fù)制到工件上；
一種實(shí)現(xiàn)所述復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法的加工系統(tǒng)，其特征在于包括運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、電解液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、電解液槽、電源；所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少包括陰極自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、陽(yáng)極自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、陰極和陽(yáng)極的間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。所述控制系統(tǒng)包括用于實(shí)現(xiàn)加工參數(shù)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、維持陰極陽(yáng)極間隙均勻的電解加工過(guò)程在線監(jiān)控系統(tǒng)，和控制工件陽(yáng)極與工具陰極的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。本發(fā)明涉及的復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工技術(shù)具備以下特點(diǎn)①可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體外表面上凹凸形狀的一次成形，加工效率高；②流道呈敞開(kāi)式狹縫狀，流場(chǎng)簡(jiǎn)單，流場(chǎng)控制容易，加工表面上不會(huì)留有“進(jìn)出水口痕跡”，加工質(zhì)量高；③加工區(qū)面積小，產(chǎn)物排出容易，加工穩(wěn)定。


圖1是旋印電解加工系統(tǒng)示意圖； 圖2是旋印電解加工原理示意圖3是供液方式示意圖； 圖4是帶凸起和窗口結(jié)構(gòu)的工具陰極示意圖； 圖5是帶絕緣屏蔽結(jié)構(gòu)的工具陰極示意圖； 圖中標(biāo)號(hào)名稱
1、工具陰極，2、電解液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)，3、工作臺(tái)，4、工件陽(yáng)極，5、加工電源，6、加工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，7、電解液槽，8、溫度控制系統(tǒng)，9、儲(chǔ)液槽，10、局部沖液裝置，11、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，12、 凸起，13、窗口，14、陰極局部屏蔽。
具體實(shí)施例方式實(shí)施本發(fā)明——復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工技術(shù)的加工系統(tǒng)如圖1所示。加工系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和電解加工過(guò)程在線監(jiān)控系統(tǒng)6。監(jiān)控系統(tǒng)6實(shí)現(xiàn)加工參數(shù)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、維持間隙均勻等功能。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11及其控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)控方式或機(jī)械傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)工具陰極1相對(duì)工件陽(yáng)極4的等角速度同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或其他運(yùn)動(dòng)。開(kāi)啟電解液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)2和溫度控制系統(tǒng)8，對(duì)電解液進(jìn)行加熱或制冷。安裝工具陰極1和工件陽(yáng)極4，設(shè)定運(yùn)動(dòng)參數(shù)和加工參數(shù)。當(dāng)電解液溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，打開(kāi)閥門(mén)，向電解液槽7供液。通過(guò)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11操縱工具陰極1和工件陽(yáng)極4運(yùn)動(dòng)。開(kāi)啟加工電源5，正負(fù)極分別連接工件 4和陰極1，開(kāi)始旋印電解加工。在加工過(guò)程中，通過(guò)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11保持加工間隙，通過(guò)在線檢控系統(tǒng)6進(jìn)行運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。工件陽(yáng)極4與工具陰極1作等角速度同步旋轉(zhuǎn)(圖2)。工件陽(yáng)極4與工具陰極1 之間的等角速度同步旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)可通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。供液方式如圖3所示，可采用多種方式供液，如工具陰極1和工件陽(yáng)極4完全浸沒(méi)于電解液中的供液方式，向陰極1和陽(yáng)極4之間的狹縫區(qū)局部沖液方式，完全浸沒(méi)和局部沖液共存的復(fù)合供液方式，等。
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工具陰極1的形狀如圖4和圖5所示。圖4所示陰極側(cè)壁上有窗口 13、凸起12等形狀結(jié)構(gòu)，主要用于加工凸起高度或凹進(jìn)深度較大的型面結(jié)構(gòu)。圖5所示陰極表面的形狀結(jié)構(gòu)通過(guò)局部絕緣屏蔽14的方法構(gòu)建，主要用于加工凸起高度或凹進(jìn)深度較小的型面結(jié)構(gòu)。工件陽(yáng)極4可以是具備復(fù)雜型面的空心或?qū)嵭牡娜我饨饘倭慵绫”诩?、軋輥類零件。采用回轉(zhuǎn)體工具陰極1，在電解加工過(guò)程中工具陰極1在自轉(zhuǎn)的同時(shí)與工件陽(yáng)極4 作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)電解原理將工具陰極1的形狀結(jié)構(gòu)復(fù)制到工件上。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法，適用于帶有復(fù)雜凹凸型面的近似回轉(zhuǎn)體工件加工，其特征在于包括以下過(guò)程工具陰極(1)為回轉(zhuǎn)體；在電解加工過(guò)程中工具陰極(1)和工件陽(yáng)極(4)均自轉(zhuǎn)； 電解加工過(guò)程中，進(jìn)行加工參數(shù)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、維持陰極陽(yáng)極間隙均勻； 通過(guò)工具陰極(1)和工件陽(yáng)極(4)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，利用電解原理將工具陰極的形狀結(jié)構(gòu)復(fù)制到工件上；根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法，其特征在于工具陰極(1)的側(cè)壁具有窗口(13)，或/和凸起(12)，或/和局部絕緣屏蔽(14)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法，其特征在于工件陽(yáng)極(4) 與工具陰極(1)形狀完全對(duì)應(yīng)，則工件陽(yáng)極(4)的自轉(zhuǎn)角速度與工具陰極(1)的自轉(zhuǎn)角速度相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法，其特征在于上述電解加工采用工具陰極(1)和工件陽(yáng)極(4)完全浸沒(méi)于電解液中的供液方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法，其特征在于上述電解加工采用向工具陰極(1)和工件陽(yáng)極(4)之間的狹縫加工區(qū)局部沖液方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法，其特征在于上述電解加工采用完全浸沒(méi)和局部沖液共存的復(fù)合供液方式，即工具陰極(1)和工件陽(yáng)極(4)完全浸沒(méi)于電解液中的供液方式，和向工具陰極(1)和工件陽(yáng)極(4)之間的狹縫加工區(qū)局部沖液方式。
6.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法的加工系統(tǒng)，其特征在于包括運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)、控制系統(tǒng)(6)、電解液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)(2)、溫度控制系統(tǒng)(8)、電解液槽(7)、電源(5);所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)至少包括陰極自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、陽(yáng)極自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、陰極和陽(yáng)極的間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
7.所述控制系統(tǒng)(6)包括用于實(shí)現(xiàn)加工參數(shù)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、維持陰極陽(yáng)極間隙均勻的電解加工過(guò)程在線監(jiān)控系統(tǒng)，和控制工件陽(yáng)極(4)與工具陰極(1)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工系統(tǒng)，其特征在于該電解加工系統(tǒng)還包括加工區(qū)電解液局部供液機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)雜凹凸型面旋印電解加工方法及系統(tǒng)，屬于電解加工領(lǐng)域。其工藝在于利用簡(jiǎn)單回轉(zhuǎn)體工具陰極(1)加工復(fù)雜凹凸型面，在電解加工過(guò)程中工具陰極(1)與工件陽(yáng)極(4)之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，利用工具陰極(1)側(cè)壁上的窗口(13)、凸起(12)、局部屏蔽(14)等形狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)電解原理在工件上加工出各種復(fù)雜的凹凸型面，可用于加工機(jī)匣類薄壁件、軋輥、印花模具等。
文檔編號(hào)B23H3/04GK102179579SQ20111009557
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者朱增偉, 朱浩, 朱荻, 王宏睿 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)