本發(fā)明涉及一種雙管組合式工具陰極及其電解銑磨復(fù)合加工方法，屬于電解磨削復(fù)合加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

為減輕結(jié)構(gòu)重量、減少零件數(shù)量、提高發(fā)動機(jī)推重比，整體構(gòu)件被越來越多的采用在現(xiàn)代飛行器中，比如整體葉輪、整體機(jī)匣、整體擴(kuò)壓器等。這些整體構(gòu)件多采用鈦合金、高溫合金等難切削材料，且尺寸大、特征復(fù)雜、結(jié)構(gòu)輕薄，具有較高的材料去除比。例如，我國某型飛機(jī)鈦合金緣條零件，要在尺寸1300×500×90mm的毛坯上加工出筋厚3mm、腹板厚度3~6mm的緣條類零件，其粗加工材料去除量達(dá)到約90%。因此，如何經(jīng)濟(jì)的實現(xiàn)難切削合金的高效去除，依然是現(xiàn)代制造業(yè)面臨的一個難題。

目前，對于加工鈦合金、高溫合金等難切削材料的整體構(gòu)件，常用的制造工藝有數(shù)控銑削、電火花加工、電解加工。然而，由于這些材料的導(dǎo)熱系數(shù)低、高溫強度高，采用數(shù)控銑削加工時切削力大、切削溫度高，使得刀具磨損快、加工硬化嚴(yán)重、工件殘余應(yīng)力大，導(dǎo)致加工效率低、加工成本高、工件易變形。當(dāng)采用電火花加工時，不僅加工效率仍然有限，而且工件加工表面易形成再鑄層、熱影響區(qū)和微裂紋，會影響整體構(gòu)件的疲勞強度和工作壽命。盡管電解加工具有工具陰極無損耗、加工效率高、加工無應(yīng)力等優(yōu)點，但是在陽極溶解過程中，工件表面易形成高電阻性、結(jié)構(gòu)致密的鈍化膜，會阻礙電解反應(yīng)的進(jìn)行。特別是當(dāng)電解加工鈦合金等自鈍性較強的材料時，通常選用含氯離子等的活性電解液去破壞鈍化膜，結(jié)果又引起嚴(yán)重的雜散腐蝕，導(dǎo)致加工精度較低。

為改善上述制造工藝的缺陷，電解銑磨復(fù)合加工技術(shù)已經(jīng)被提出，即采用棒狀磨頭作為工具陰極，以類似于立式數(shù)控銑削的方式進(jìn)行加工運動控制，利用電化學(xué)陽極溶解和機(jī)械磨削的復(fù)合加工機(jī)理實現(xiàn)工件的材料去除過程。電解銑磨復(fù)合加工具有高效率、低成本、高柔性等優(yōu)點，對于在鎳基高溫合金、鈦合金等難切削合金上加工型面、型腔、薄壁、凸臺等結(jié)構(gòu)，這種制造工藝有著明顯的優(yōu)勢。目前，隨著內(nèi)噴射供液方式的進(jìn)一步引入，電解液可通過磨頭內(nèi)孔直接噴射到加工間隙內(nèi)，并迅速帶走加工產(chǎn)物。結(jié)果，單次走刀所去除的材料厚度得到顯著提高，更有利于高效率、低成本的實現(xiàn)難切削合金的大余量去除。

對于整體構(gòu)件的粗加工，為追求高的材料去除率，通常采用高的進(jìn)給速度。然而，在使用內(nèi)噴液工具陰極的電解銑磨復(fù)合加工中發(fā)現(xiàn)，來不及排出的少量難溶性加工產(chǎn)物會回流并附著在工具陰極出液孔內(nèi)。隨著加工的持續(xù)進(jìn)行，工具陰極出液孔內(nèi)聚集的加工產(chǎn)物逐漸增多，出液孔實際的通液面積逐漸減小，噴出電解液的流量逐漸下降，使得極間間隙內(nèi)電解液電導(dǎo)率降低，導(dǎo)致電化學(xué)陽極腐蝕能力減弱，即陽極材料溶解速度減慢。結(jié)果，在恒定的進(jìn)給速度加工下，原來穩(wěn)定的平衡加工狀態(tài)被打破，開始頻繁出現(xiàn)打火現(xiàn)象，加工變得不再穩(wěn)定，并引起刀具和工件表面損傷，甚至發(fā)生短路，最終迫使加工停止。該問題嚴(yán)重制約了電解銑磨復(fù)合加工技術(shù)的進(jìn)一步推廣及工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在于，針對上述問題，提出一種雙管組合式工具陰極及其電解銑磨復(fù)合加工方法，改善該技術(shù)在大余量去除時的加工穩(wěn)定性和加工效率。

一種雙管組合式工具陰極，其特征在于：包括內(nèi)管、外管、橡膠密封圈、螺栓；

所述外管中心有外管盲孔，下端外側(cè)電鍍有金剛石磨粒層，電鍍的金剛石磨粒層高度等于加工所需的加工深度；

所述內(nèi)管的長度大于所述外管的長度，內(nèi)管中心有貫穿的內(nèi)管通孔，內(nèi)管末端外側(cè)有環(huán)狀的內(nèi)管定位凸臺，內(nèi)管中部外側(cè)有環(huán)狀的內(nèi)管連接凸臺；

所述內(nèi)管定位凸臺和內(nèi)管連接凸臺的外徑均等于所述外管的內(nèi)徑；所述內(nèi)管位于外管中；所述內(nèi)管定位凸臺的下端面與所述外管盲孔底面接觸；

所述內(nèi)管的側(cè)壁開有若干與其內(nèi)管通孔相通的內(nèi)管出液孔，所述外管的側(cè)壁開有若干與其外管盲孔相通的外管出液孔；

所述內(nèi)管連接凸臺的圓周面上開有若干內(nèi)管螺紋孔，所述外管的上端外側(cè)開有若干與上述內(nèi)管螺紋孔對應(yīng)的外管導(dǎo)向孔，即內(nèi)管螺紋孔和外管導(dǎo)向孔的中心線重合且數(shù)量相等；所述螺栓穿過所述外管導(dǎo)向孔并連接緊固于所述內(nèi)管螺紋孔內(nèi)；所述橡膠密封圈套在所述內(nèi)管的側(cè)壁上，位于所述內(nèi)管連接凸臺的下方。

所述雙管組合式工具陰極，其特征在于：所述外管出液孔和內(nèi)管出液孔中心線重合且數(shù)量相等；且內(nèi)管出液孔的直徑小于所述外管出液孔的直徑。

所述雙管組合式工具陰極，其特征在于：所述內(nèi)管定位凸臺的上沿與所述外管出液孔的下母線平齊。

所述雙管組合式工具陰極，其特征在于：所述內(nèi)管材料為不銹鋼。

利用所述的雙管組合式工具陰極的電解銑磨復(fù)合加工方法，其特征在于包括以下過程：

將該工具陰極的內(nèi)管上端垂直裝夾于機(jī)床主軸末端，并連接電源負(fù)極；電解液先沿內(nèi)管通孔進(jìn)入工具陰極，經(jīng)內(nèi)管出液孔流向外管出液孔，再噴到工件的加工表面，同時內(nèi)管和外管之間的環(huán)形容腔也充滿電解液；

加工時，外管上金剛石磨粒層區(qū)域為工具陰極的工作區(qū)域；打開電源，設(shè)置工作電壓，工具陰極沿方向旋轉(zhuǎn)，工件進(jìn)給，工件材料在電化學(xué)陽極腐蝕和機(jī)械磨削的共同作用下被去除，其中大部分難溶性加工產(chǎn)物被從外管出液孔噴出的電解液帶出加工區(qū)域，少量難溶性加工產(chǎn)物沿著外管出液孔回流進(jìn)入內(nèi)管與外管之間的環(huán)形容積內(nèi)，避免難溶性加工產(chǎn)物聚集在外管出液孔內(nèi)；

當(dāng)外管需要更換時，先通過機(jī)床的運動控制系統(tǒng)退刀，再使用轉(zhuǎn)動工具拆除螺栓去掉舊的外管，并利用新外管導(dǎo)向孔與內(nèi)管螺紋孔定位其出液孔，然后使用轉(zhuǎn)動工具通過緊固螺栓連接內(nèi)、外管。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明提供的組合式工具陰極的外管出液孔的直徑大于內(nèi)管出液孔的直徑，且內(nèi)、外管之間有環(huán)形容腔。因此在加工過程中回流至外管出液孔內(nèi)的難溶性加工產(chǎn)物會繼續(xù)進(jìn)入環(huán)形容腔中，避免繼續(xù)累積在內(nèi)管出液孔中。與常規(guī)的一體式內(nèi)噴液工具陰極相比，本發(fā)明可有效改善出液孔內(nèi)因難溶性加工產(chǎn)物累積而引起的電解液流量下降的現(xiàn)象，從而提高難切削合金在大余量去除時加工穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明提供的組合式工具陰極的外管長度小于內(nèi)管且僅外管中心有盲孔，與常規(guī)的一體式內(nèi)噴液工具陰極相比，所加工盲孔的深徑比明顯減少。此外，由于內(nèi)管采用耐腐蝕的不銹鋼材料，而內(nèi)、外管通過螺栓連接，因此當(dāng)金剛石磨粒層損耗嚴(yán)重時，只需更換外管即可，內(nèi)管可以反復(fù)使用。這些特點均有利于降低工具陰極的制造成本。

3、本發(fā)明提供的組合式工具陰極的內(nèi)管螺紋孔與外管導(dǎo)向孔不僅起到了連接內(nèi)、外管的作用，也可以分別用于加工內(nèi)管出液孔、外管出液孔時的定位，可有效保證組裝后內(nèi)管出液孔與外管出液孔的孔中心線重合。同時，內(nèi)管定位凸臺和內(nèi)管連接凸臺在內(nèi)、外管裝配過程中也起到了定位作用，而橡膠密封圈的使用則提高了裝配的密封性能。這些設(shè)計表明了本發(fā)明具有良好的可靠性和可行性

4、本發(fā)明提供的組合式工具陰極可根據(jù)特定的加工需求設(shè)計合適的外管外徑及壁厚、內(nèi)管外徑及壁厚度及內(nèi)外管上出液孔的直徑和數(shù)目等，具有良好的適用性，便于推廣及應(yīng)用。

附圖說明

圖1雙管組合式工具陰極示意圖；

圖2內(nèi)管基體示意圖；

圖3外管基體示意圖；

圖4雙管組合式工具陰極電解銑磨復(fù)合加工原理示意圖；

圖中標(biāo)號名稱：1、內(nèi)管；2、外管；3、橡膠密封圈；4、螺栓；5、金剛石磨粒層；6、內(nèi)管螺紋孔；7、內(nèi)管出液孔；8、內(nèi)管通孔；9、內(nèi)管定位凸臺；10、內(nèi)管連接凸臺；11、外管盲孔；12、外管導(dǎo)向孔；13、外管出液孔；14、電解液流動方向；15、工具陰極旋轉(zhuǎn)方向；16、難溶性加工產(chǎn)物；17、工件；18、工件進(jìn)給方向；19、電源。

具體實施方式

下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1~3所示，一種雙管組合式工具陰極，包括內(nèi)管1、外管2、橡膠密封圈3和螺栓4，金剛石磨粒層5被電鍍于外管2的外側(cè)。內(nèi)管1中心有內(nèi)管通孔8，側(cè)壁開有若干與內(nèi)管通孔8相通的內(nèi)管出液孔7，內(nèi)管1末端端面邊緣向上設(shè)有環(huán)狀的內(nèi)管定位凸臺9，內(nèi)管1中部外側(cè)設(shè)有環(huán)狀的內(nèi)管連接凸臺10且在該內(nèi)管連接凸臺10上開有若干內(nèi)管螺紋孔6。外管2中心有外管盲孔11，側(cè)壁開有若干外管出液孔13和外管導(dǎo)向孔12，且外管2的內(nèi)徑等于內(nèi)管定位凸臺9和內(nèi)管連接凸臺10的外徑，外管出液孔13下母線與外管盲孔11底面之間的垂直距離等于內(nèi)管定位凸臺9的高度。利用在內(nèi)管定位凸臺9上加工的首個內(nèi)管螺紋孔6定位其余內(nèi)管螺紋孔6以及內(nèi)管出液孔7，同理，通過在外管2上加工的首個外管導(dǎo)向孔12定位其余外管導(dǎo)向孔12以及外管出液孔13。

在組裝該工具陰極時，首先將橡膠密封圈3套在位于內(nèi)管連接凸臺10下方的內(nèi)管1側(cè)壁上；其次將內(nèi)管1裝入外管2中，使內(nèi)管定位凸臺9下端面與外管盲孔11底面接觸、內(nèi)管定位凸臺9側(cè)壁與外管盲孔11側(cè)壁接觸，再讓首個加工的內(nèi)管螺紋孔6和外管導(dǎo)向孔12同心，兩次定位后的內(nèi)管定位凸臺9上沿與外管出液孔13下母線平齊、內(nèi)管螺紋孔6與外管導(dǎo)向孔12的孔中心線重合、內(nèi)管出液孔7與外管出液孔13的孔中心線重合；最后采用轉(zhuǎn)動工具將螺栓4穿過外管導(dǎo)向孔12并連接緊固與內(nèi)管螺紋孔6內(nèi)，即可完成組裝

如圖4所示，采用圖1所示的雙管組合式工具陰極進(jìn)行電解銑磨復(fù)合加工，其方法主要包括以下步驟：

步驟1、將該工具陰極的內(nèi)管1的上端垂直裝夾在機(jī)床主軸末端并連接電源19的負(fù)極，將裝夾后的工件17連接電源19正極完成對刀，使該工具陰極的外管2定位到初始加工位置；

步驟2、設(shè)定電解液工作壓力和溫度，電解液沿著流動方向14從內(nèi)管通孔8進(jìn)入該工具陰極，經(jīng)過內(nèi)管出液孔7和外管出液孔13噴到工件17的待加工表面上，工具陰極內(nèi)管1和外管2之間的環(huán)形容腔也充滿電解液；

步驟3、打開電源19，設(shè)置工作電壓，工具陰極沿方向15旋轉(zhuǎn)，工件17沿方向18進(jìn)給，工件17材料在電化學(xué)陽極腐蝕和機(jī)械磨削的共同作用下被去除，其中大部分難溶性加工產(chǎn)物16被從外管出液孔13噴出的電解液帶出加工區(qū)域，少量難溶性加工產(chǎn)物16沿著外管出液孔13回流進(jìn)入內(nèi)管1與外管2之間的環(huán)形容積內(nèi)，從而有效改善了難溶性加工產(chǎn)物16聚集在外管出液孔13內(nèi)的現(xiàn)象，提高了大余量去除時的加工穩(wěn)定性和加工效率。

步驟4、當(dāng)需要更換外管時，停止加工、退刀，利用轉(zhuǎn)動工具拆卸螺栓4并去掉舊的外管2，將新的外管2套在內(nèi)管1的外部，通過外管導(dǎo)向孔12定位于內(nèi)管螺紋孔6，再使用轉(zhuǎn)動工具將螺栓4穿過外管導(dǎo)向孔12并連接緊固在內(nèi)管螺紋孔6內(nèi)，然后接著從步驟1開始，繼續(xù)進(jìn)行加工，直至加工結(jié)束。