阵列深孔电解加工方法转让专利
申请号 : CN200810022329.2
文献号 : CN100593446C
文献日 : 2010-03-10
发明人 : 朱荻 , 王维 , 曲宁松 , 严德荣
申请人 : 南京航空航天大学
摘要 :
本发明的阵列深孔电解加工方法，属于电解加工技术领域。该方法包括以下步骤：(a)利用电极管夹持模块夹持系列电极管，夹持模块安装于模块框架(4)上；(b)利用工件表面对电极管进行整体修正与对刀；(c)利用固紧装置调节电极管夹持力。该装置，包括：电源、阴极系统、工件阳极、电解液系统。本发明可以提高装夹效率和对刀效率，易于更换电极管，且加工孔径均匀性好。
权利要求 :
1、一种阵列深孔电解加工方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)、利用电极管夹持模块夹持系列电极管，夹持模块安装于模块框架(4)上；
(b)、利用固紧装置调节电极管的夹持力；
(c)、控制机床进给，当进给到电极管与工件(11)接触的位置时，仍继续进给一定的 距离，大小视电极管工作端(13)的位置差而定，电极管将在工件的作用下克服摩擦力上行， 最终使得群电极管的下端面，即电极管加工端(13)保持同时接触工件，此时利用固紧装置 将电极管全部紧固，并控制机床主轴(10)回退一定距离，这个距离即为初始加工间隙。
2、根据权利要求1所述的阵列深孔电解加工方法，其特征在于：所述电极管(2)直接 与电解液系统的供液部分相连通，以给加工区供液。
3、根据权利要求1所述的阵列深孔电解加工方法，其特征在于：针对各种加工面为曲面 的工件进行电极管的一次性快速修正与对刀。
4、根据权利要求2所述的阵列深孔电解加工方法，其特征在于：所述电解液系统的供液 部分与所述模块框架形成密闭腔体，该密闭腔体即为供液腔(6)。
说明书 :
技术领域
本发明的阵列深孔电解加工方法及装置，属于电解加工技术领域。
背景技术
在航空、航天制造业中，频繁应用到众多带有微小孔的零件，这些小孔，如空心冷却涡轮 叶片和发动机燃烧室壁上的气膜冷却孔等，不仅孔径小、深径比大，而且要求孔表面没有再 铸层。这些特点给孔的加工带来了很多困难。目前，这些小孔的加工方法目前主要包括：① 激光加工：可加工高硬度金属，效率较高，但存在表面再铸层问题，且成本较高；②电火花 加工：可加工高硬度金属，但同样存在表面再铸层问题；③机械冲、钻：对于航天零件常用 的硬质合金，生产率极低，且工具报废率高；④电解打孔(Electrochemical drilling，简称 ECD)，生产效率高，不存在表面再铸层问题。
电解打孔是一种以金属型管作为阴极对工件阳极进行电化学蚀除，并最终将其加工成型 孔的工艺。该工艺具有不受工件材料硬度限制，加工质量好，且工具无损耗等特点，在航空、 兵器、模具制造等行业有重要的应用。采用阵列金属电极管进行电解孔加工则可大幅提高生 产率，且保证了良好的表面质量。因此，阵列金属电极管电解加工具有很好的应用前景，但 采用阵列金属电极管夹具进行群孔加工有许多难点，这限制了该技术的应用。难点主要包括：
1，电极管装夹、更换困难。电解打孔中有时会造成电极管打火烧伤，就需要更换电极 管，根据现有的群电极夹具，尤其是直径在1毫米以下的电极管，往往是与夹持部分 永久性固定在一起的，单个电极管损坏就需要全部更换电极管装置，延误工时且增 加了成本。
2，电极管定位、对刀困难。电极管全部固定在夹具上之后，无法保证所有电极管形成 的端面与加工工件表面形状一致，特别是曲面情况下尤为严重。因此还需要对电极 管阵列进行修正，以防出现加工深度不一致等现象。如果电极管是永久性的固定， 则只能通过打磨等工艺来进行修正，这样不仅容易损坏电极管和破坏电极管侧面的 绝缘膜，也耗费工时。
3，不同电极管之间的流量分配不均匀。使用群电极管进行电解打孔时，所有电极管同 时加工工件，同时在工件上形成与电极管排布相同的孔阵列。加工时电解液是由高 压泵通过管道从电解液槽输送到一个腔体中，再由腔体分配到所有电极管的入口端。 由于每个电极管入口在腔体中的位置不同，通过每个电极管的电解液流量经常不均。 这将会导致每个电极管的加工条件出现差异，最终导致所加工的孔之间出现孔径、 孔质量和加工速度快慢等各种不利的差异，导致加工精度下降，并且容易出现短路 现象。
电解打孔是一种以金属型管作为阴极对工件阳极进行电化学蚀除，并最终将其加工成型 孔的工艺。该工艺具有不受工件材料硬度限制，加工质量好，且工具无损耗等特点，在航空、 兵器、模具制造等行业有重要的应用。采用阵列金属电极管进行电解孔加工则可大幅提高生 产率，且保证了良好的表面质量。因此，阵列金属电极管电解加工具有很好的应用前景，但 采用阵列金属电极管夹具进行群孔加工有许多难点，这限制了该技术的应用。难点主要包括：
1，电极管装夹、更换困难。电解打孔中有时会造成电极管打火烧伤，就需要更换电极 管，根据现有的群电极夹具，尤其是直径在1毫米以下的电极管，往往是与夹持部分 永久性固定在一起的，单个电极管损坏就需要全部更换电极管装置，延误工时且增 加了成本。
2，电极管定位、对刀困难。电极管全部固定在夹具上之后，无法保证所有电极管形成 的端面与加工工件表面形状一致，特别是曲面情况下尤为严重。因此还需要对电极 管阵列进行修正，以防出现加工深度不一致等现象。如果电极管是永久性的固定， 则只能通过打磨等工艺来进行修正，这样不仅容易损坏电极管和破坏电极管侧面的 绝缘膜，也耗费工时。
3，不同电极管之间的流量分配不均匀。使用群电极管进行电解打孔时，所有电极管同 时加工工件，同时在工件上形成与电极管排布相同的孔阵列。加工时电解液是由高 压泵通过管道从电解液槽输送到一个腔体中，再由腔体分配到所有电极管的入口端。 由于每个电极管入口在腔体中的位置不同，通过每个电极管的电解液流量经常不均。 这将会导致每个电极管的加工条件出现差异，最终导致所加工的孔之间出现孔径、 孔质量和加工速度快慢等各种不利的差异，导致加工精度下降，并且容易出现短路 现象。
发明内容
本发明旨在改进群电极管夹具用于加工阵列孔时出现的装夹效率和对刀效率不高、成本 过高、灵活性低等缺陷，提供一种阵列深孔电解加工方法。可以提高装夹效率和对刀效率， 易于更换电极管，且加工孔径均匀性好。
一种阵列深孔电解加工方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)、利用电极管夹持模块夹持系列电极管，夹持模块安装于模块框架上；
(b)、利用固紧装置调节电极管的夹持力；
(c)、控制机床进给，当进给到电极管与工件接触的位置时，仍继续进给一定的距离， 大小视电极管工作端的位置差而定，电极管将在工件的作用下克服摩擦力上行，最终使得群 电极管的下端面，即电极管加工端保持同时接触工件，此时利用固紧装置将电极管全部紧固， 并控制机床主轴回退一定距离，这个距离即为初始加工间隙。
一种阵列深孔电解装置，包括：电源、阴极系统、工件阳极、电解液系统，其特征在于 所述阴极系统包括以下部件：由若干电极管夹块组成的夹持模块、用于固定夹持模块的模块 框架、通过夹持模块夹持的系列电极管、用于固紧电极管夹块的固紧装置。
本发明使用的夹持模块由若干电极管夹块组成。每个电极管夹块的两条侧边上分布着半 圆形的凹槽。将这些金属条进行排列即形成按特定要求分布的夹持孔阵列，这些夹持孔的直 径与所夹持的电极管的直径一致。
夹持模块被固定在模块框架上。在框架侧面安装螺母用来紧固或放松电极管。金属框架 再固定到供液部分的前端，形成密闭的腔体。在整个夹具中，夹持模块是可拆卸并更换的， 且制作简单，成本低廉。可以设计适用于不同电极管数量，不同电极管直径，不同间距排列 的夹持模块以满足不同的工艺要求，而不需要重新设计整体夹具。
供液腔体中设有金属网，电解液通过电解液入口进入电解液分配腔后，先通过金属网再 分配到各个电极管内。由于电解液从管道进入腔体时横截面扩大，腔体中出现漩涡、脉动等 不稳定因素而导致流场分布不均匀，而安装金属网则能大大降低这种不均，使各个电极管内 的流速趋于一致。这种金属网通常为几十到几百目，可以随时拆卸更换，以适应不同电解液 压力的流量均匀化方案。
将电极管模块、金属网全部配置好之后，即可将夹具安装到电解加工机床上进行群孔加 工作业了。利用电极管夹持模块的松紧螺母，可以在对刀的同时，利用工件阳极对群电极管 的端部进行形状修正，既节省了时间，又提高了精度。该方法同样适用于加工面为曲面的工 件。
一种阵列深孔电解加工方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)、利用电极管夹持模块夹持系列电极管，夹持模块安装于模块框架上；
(b)、利用固紧装置调节电极管的夹持力；
(c)、控制机床进给，当进给到电极管与工件接触的位置时，仍继续进给一定的距离， 大小视电极管工作端的位置差而定，电极管将在工件的作用下克服摩擦力上行，最终使得群 电极管的下端面，即电极管加工端保持同时接触工件，此时利用固紧装置将电极管全部紧固， 并控制机床主轴回退一定距离，这个距离即为初始加工间隙。
一种阵列深孔电解装置，包括：电源、阴极系统、工件阳极、电解液系统，其特征在于 所述阴极系统包括以下部件：由若干电极管夹块组成的夹持模块、用于固定夹持模块的模块 框架、通过夹持模块夹持的系列电极管、用于固紧电极管夹块的固紧装置。
本发明使用的夹持模块由若干电极管夹块组成。每个电极管夹块的两条侧边上分布着半 圆形的凹槽。将这些金属条进行排列即形成按特定要求分布的夹持孔阵列，这些夹持孔的直 径与所夹持的电极管的直径一致。
夹持模块被固定在模块框架上。在框架侧面安装螺母用来紧固或放松电极管。金属框架 再固定到供液部分的前端，形成密闭的腔体。在整个夹具中，夹持模块是可拆卸并更换的， 且制作简单，成本低廉。可以设计适用于不同电极管数量，不同电极管直径，不同间距排列 的夹持模块以满足不同的工艺要求，而不需要重新设计整体夹具。
供液腔体中设有金属网，电解液通过电解液入口进入电解液分配腔后，先通过金属网再 分配到各个电极管内。由于电解液从管道进入腔体时横截面扩大，腔体中出现漩涡、脉动等 不稳定因素而导致流场分布不均匀，而安装金属网则能大大降低这种不均，使各个电极管内 的流速趋于一致。这种金属网通常为几十到几百目，可以随时拆卸更换，以适应不同电解液 压力的流量均匀化方案。
将电极管模块、金属网全部配置好之后，即可将夹具安装到电解加工机床上进行群孔加 工作业了。利用电极管夹持模块的松紧螺母，可以在对刀的同时，利用工件阳极对群电极管 的端部进行形状修正，既节省了时间，又提高了精度。该方法同样适用于加工面为曲面的工 件。
附图说明
图1是夹持模块示意图。
图2是群电极管夹具结构示意图。
图3是电极管对刀过程示意图。
其中标号名称：1、群电极管夹具，2、电极管，3、电极管夹块，4、模块框架，5、调节 螺母，6、供液腔，7、腔壁，8、金属网，9、电解液入口，10、机床主轴，11、工件阳极， 12、挡圈，13、电极管加工端面，14、螺纹接口。
图2是群电极管夹具结构示意图。
图3是电极管对刀过程示意图。
其中标号名称：1、群电极管夹具，2、电极管，3、电极管夹块，4、模块框架，5、调节 螺母，6、供液腔，7、腔壁，8、金属网，9、电解液入口，10、机床主轴，11、工件阳极， 12、挡圈，13、电极管加工端面，14、螺纹接口。
具体实施方式
图1中，电极管夹持模块由电极管夹块3组成。电极管夹块3的数量和尺寸视电极管排 布位置而定。所使用的电极管2的长短可有些许差异，装备时电极管加工端13也不必精确齐 平。
图2所示群电极管结构中，金属网8固定在电解液的供液腔6中，网面距电极管入口应 保持一定距离。电极管夹持模块与金属框架4为过盈配合。夹持模块被腔壁7上的挡圈12与 模块框架4完全固定，不能移动。而电极管2在轴向仅由电极管夹块3在侧壁产生的摩擦力 所夹持，夹持力度由固定在模块框架4上的调节螺母5来控制。
图3中，电极管安置在电解加工机床主轴上，工件固定在下方的工作台。(a)为电极管校 平前的夹具状态，(b)为主轴下行至指定深度时的夹具状态，(c)为校平完成，主轴回退的状 态，此时各电极管加工端13具有很高的水平一致性。整个校平过程也是对刀过程。
本发明的具体实施步骤为：
1.参考图1，电极管2组成的电极管阵列由电极管夹块3按列进行装配，构成电极管夹 持模块。
2.参考图2，先将金属网8固定在供液腔6中。之后把装配好的电极管夹持模块安装到模 块框架4中。再将模块框架4固定到供液腔的腔壁7上。
3.参考图3(a)，将装备好的夹具通过接口14安装在数控电解加工机床的机床主轴10上， 调节调节螺母5至夹持力最小的状态。控制机床进给，当进给到电极管与工件11接触的位置时， 仍继续进给一定的距离(大小视电极管工作端13的位置差而定)，由于夹持模块相对机床主轴 10是固定的，故电极管将在工件的作用下克服摩擦力上行，最终使得群电极管的下端面，即 电极管加工端13保持同时接触工件，如图(b)所示。此时调节调节螺母5将电极管全部紧固， 并控制机床主轴10回退一定距离，这个距离即为初始加工间隙，见图(c)。然后设定加工速度， 打开电解液循环系统，控制主轴进给即可进行群孔电解加工作业。
图2所示群电极管结构中，金属网8固定在电解液的供液腔6中，网面距电极管入口应 保持一定距离。电极管夹持模块与金属框架4为过盈配合。夹持模块被腔壁7上的挡圈12与 模块框架4完全固定，不能移动。而电极管2在轴向仅由电极管夹块3在侧壁产生的摩擦力 所夹持，夹持力度由固定在模块框架4上的调节螺母5来控制。
图3中，电极管安置在电解加工机床主轴上，工件固定在下方的工作台。(a)为电极管校 平前的夹具状态，(b)为主轴下行至指定深度时的夹具状态，(c)为校平完成，主轴回退的状 态，此时各电极管加工端13具有很高的水平一致性。整个校平过程也是对刀过程。
本发明的具体实施步骤为：
1.参考图1，电极管2组成的电极管阵列由电极管夹块3按列进行装配，构成电极管夹 持模块。
2.参考图2，先将金属网8固定在供液腔6中。之后把装配好的电极管夹持模块安装到模 块框架4中。再将模块框架4固定到供液腔的腔壁7上。
3.参考图3(a)，将装备好的夹具通过接口14安装在数控电解加工机床的机床主轴10上， 调节调节螺母5至夹持力最小的状态。控制机床进给，当进给到电极管与工件11接触的位置时， 仍继续进给一定的距离(大小视电极管工作端13的位置差而定)，由于夹持模块相对机床主轴 10是固定的，故电极管将在工件的作用下克服摩擦力上行，最终使得群电极管的下端面，即 电极管加工端13保持同时接触工件，如图(b)所示。此时调节调节螺母5将电极管全部紧固， 并控制机床主轴10回退一定距离，这个距离即为初始加工间隙，见图(c)。然后设定加工速度， 打开电解液循环系统，控制主轴进给即可进行群孔电解加工作业。