气体绝缘保护套料电解加工阴极系统及加工方法

摘要

本发明提供了一种气体绝缘保护套料电解加工阴极系统及加工方法。该阴极系统主要由套料阴极体，阴极头以及通气模块构成。该套料电解加工方法中，电解液流动方式为侧流式，高压气体的流动方式为正流式；工件已加工型面逐渐伸入套料阴极体内部，压力实时可调的高压气体从通气模块上端吹入，在工件已加工型面表面形成均匀的气体绝缘层，并将流入阴极体内部的杂散电解液吹向气体水平通道，从阴极头侧边的通气槽吹出。本发明有利于减少已加工区的电解液，降低杂散腐蚀对工件型面的影响，改善零件的表面质量，提高加工区域流场的稳定性。

权利要求

1.一种气体绝缘保护套料电解加工阴极系统，包括安装于阴极尾座的套料阴极体（3），位于套料阴极体（3）下方的阴极头（2），其特征在于：上述套料阴极体（3）内部加工有一个贯通的空腔，空腔内安装有通气模块（4）；上述通气模块（4）为绝缘材料，其外形尺寸与上述套料阴极体（3）内部的空腔相同；在通气模块（4）内部，加工有一个尺寸大于工件（1）尺寸的贯通通道，该通道的上部安装有一个具有不同尺寸的多通路的气体控制模块（9），通道的下部分作为气体的竖直通道（5）；在通气模块（4）下方两侧具有凹槽结构，作为气体的水平通道（6）；

上述阴极头（2）下端面为加工面，加工面中心开有与工件（1）具有相同形状且尺寸略大于工件（1）尺寸的阴极刃槽（8）；阴极头（2）上端面加工有一个水平空腔（10），该水平空腔（10）的尺寸与上述通气模块（4）的外形尺寸相同；上述通气模块（4）下端伸出套料阴极体（3）后恰好伸入该水平空腔（10）中；

上述阴极头（2）的两侧加工有与水平空腔（10）相通的通气槽（7），该通气槽（7）恰好与通气模块（4）的水平通道（6）形状、大小、位置对应。

2.利用权利要求1所述的气体绝缘保护套料电解加工阴极系统的加工方法，其特征在于：

该电解加工方法中电解液的流动方式为侧流式，电解液从进液口流入加工区，依次流经一侧套料阴极体（3）的下表面、阴极头（2）与工件（1）之间的加工间隙、另一侧套料阴极体（3）的下表面，最后从出液口流出；

高压气体的流动方式为正流式，气体控制模块（9）中的各气体通路、通气模块（4）中的竖直通道（5）和水平通道（6）与阴极头（2）侧边的通气槽（7）共同构成气体的通路；

随着加工的进行，阴极系统向工件（1）进给，工件（1）已加工型面从阴极头（2）的阴极刃槽（8）伸入套料阴极体（3），部分电解液经工件（1）与阴极刃槽（8）之间的间隙流入套料阴极体（3）内；高压气体从通气模块（4）上端吹入套料阴极体（3），经气体控制模块（9）不同尺寸的气体通路实现气压及流量的调节，流进竖直通道（5），在工件（1）表面形成均匀的气体绝缘层包裹住工件（1）型面，并将套料阴极体（3）内的电解液吹向通气模块（4）下方的水平通道（6），使气液混合物经阴极头（2）侧边的通气槽（7）流出套料阴极体（3）。

说明书

气体绝缘保护套料电解加工阴极系统及加工方法

技术领域

[0001] 本发明提供了一种气体绝缘保护套料电解加工阴极系统及加工方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

[0002] 在难加工材料的各种加工方法中，电解加工凭借其加工效率高、加工工具无损耗、加工表面无残余应力和热影响区等诸多优势，具有十分广泛的应用，尤其是在航空航天领域，占据着非常重要的地位。在电解加工领域中，套料电解加工方法由于加工速度快，阴极设计过程相对简单，在等截面叶轮和扩压器等复杂型面零部件的加工中得到广泛应用。

[0003] 尽管套料电解加工存在诸多优势，但由于该技术和工艺发展还不够完善，还存在着诸多需要改进和提高的地方。例如，杂散腐蚀问题便是套料电解加工中存在的一个尚未完全解决、并且对加工质量有着较大影响的问题。在专利“一种用于整体叶盘电解开槽加工的电极及加工方法”（申请号 201210272009.9 申请人 沈阳黎明航空发动机（集团）有限公司，发明人 朱海南 于冰 石竖鲲 牛昌安 杨澜石）中，使用导流密封套对已加工型面进行保护，虽然导流密封套能将已加工型面包裹在其内部，减少工件表面周围的电解液，但由于电解加工过程还无法精确控制加工的侧边间隙，因此无法精确保证工件的加工尺寸，也就无法准确设计出能与工件已加工型面完全贴合的导流密封套，故工件与导流密封套之间仍存在间隙，会有电解液进入其中，对工件型面造成腐蚀，影响加工质量。在专利“全过程一字型流动柔性保护套料电解加工装置及方法”（申请号 201610696734.7 申请人 南京航空航天大学，发明人 朱栋 柳傲 谷洲之 徐正扬）中，使用位于阴极体内部的柔性绝缘块将阴极体内腔与加工区域相隔离，阻止电解液进入阴极体内腔，有利于减少杂散腐蚀对工件型面的影响，但是，在加工过程中，具有弹性的柔性绝缘块与工件之间存在较大的摩擦力，一定程度上会对机床的进给产生影响，严重时甚至使机床出现爬行现象，不利于工件的稳定加工，并且多次加工后柔性绝缘块会产生磨损，对工件的保护作用将会减弱。在专利“一种气膜屏蔽微细电解加工方法及其专用装置”（申请号 201410073096.4 申请人 浙江工业大学，发明人 王明环 彭伟 许雪峰）中，采用了一种专用的气液分离装置，用高压气体将电解液聚焦到特定的加工区域，以提高微细电解加工的定域性，实现加工效率、稳定性以及加工精度的提高，但是，此发明的加工方法只是将电解液更多集中在了加工区域，并未控制已加工型面与电解液的分离，加工过程中已加工型面依然存在杂散腐蚀现象，还是会对加工的精度和加工表面质量产生影响。

[0004] 现有的各种套料电解加工装置及加工方法虽然都能在一定程度上减少已加工区域的电解液，但由于其密封装置无法真正将电解液与工件已加工型面隔离，杂散腐蚀的现象始终存在，成为影响套料电解加工质量的一大问题。所以需要找到一种能真正解决杂散腐蚀问题的套料电解加工装置及加工方法，以提高套料电解加工的加工质量，实现精密套料电解加工。

发明内容

[0005] 本发明为解决现阶段套料电解加工中存在的杂散腐蚀的问题，提出了一种气体绝缘保护套料电解加工阴极系统及加工方法，以提高工件型面表面质量和加工精度。

[0006] 一种气体绝缘保护套料电解加工阴极系统，包括安装于阴极尾座的套料阴极体，位于套料阴极体下方的阴极头，其特征在于：上述套料阴极体内部加工有一个贯通的空腔，空腔内安装有通气模块；上述通气模块为绝缘材料，其外形尺寸与上述套料阴极体内部的空腔相同；在通气模块内部，加工有一个尺寸大于待加工零件尺寸的贯通通道，该通道的上部安装有一个具有不同尺寸的多通路的气体控制模块，通道的下部分作为气体的竖直通道；在通气模块下方两侧具有凹槽结构，作为气体的水平通道；上述阴极头下端面为加工面，加工面中心开有与工件具有相同形状且尺寸略大于工件尺寸的阴极刃槽；阴极头上端面加工有一个水平空腔，该水平空腔的尺寸与上述通气模块的外形尺寸相同；上述通气模块下端伸出套料阴极体后恰好伸入该水平空腔中；上述阴极头的两侧加工有与水平空腔相通的通气槽，该通气槽恰好与通气模块的水平通道形状、大小、位置对应。

[0007] 利用所述的气体绝缘保护套料电解加工阴极系统的加工方法，其特征在于：该电解加工方法中电解液的流动方式为侧流式，电解液从进液口流入加工区，依次流经一侧套料阴极体的下表面、阴极头与工件之间的加工间隙、另一侧套料阴极体的下表面，最后从出液口流出；高压气体的流动方式为正流式，气体控制模块中的各气体通路、通气模块中的竖直通道和水平通道与阴极头侧边的通气槽共同构成气体的通路；

[0008] 随着加工的进行，阴极系统向工件进给，工件已加工型面从阴极头的阴极刃槽伸入套料阴极体，部分电解液经工件与阴极刃槽之间的间隙流入套料阴极体内；高压气体从通气模块上端吹入套料阴极体，经气体控制模块不同尺寸的气体通路实现气压及流量的调节，流进竖直通道，在工件表面形成均匀的气体绝缘层包裹住工件型面，并将套料阴极体内的电解液吹向通气模块下方的水平通道，使气液混合物经阴极头侧边的通气槽流出套料阴极体。

[0009] 有益效果

[0010] 1.本发明能极大减小杂散腐蚀对工件表面的影响，改善加工质量。在加工过程中，由于工件已加工型面与阴极头的阴极刃槽之间存在间隙，流经加工区域且具有一定压力的电解液有极少部分会从该间隙流向套料阴极体内部，工件与阴极之间会通过这些杂散电解液形成杂散电流，对已加工型面产生二次腐蚀，影响工件表面质量；其次，由于电解液在流动过程中存在压力损失，在沿流程方向上电解液的压力逐渐降低，通过该间隙流入套料阴极体内部的电解液也呈现不均匀分布，造成工件型面的杂散腐蚀分布不均，影响工件的形状精度。在阴极头的水平空腔内安装有压力传感器，对气体水平通道内不同区域气液混合物的压力进行实时采集，其反馈信号用于实时控制吹入阴极内部的高压气体，经气体控制模块中不同尺寸的气体通路的调节作用，使吹入套料阴极体内部的气体压力与进入阴极体内部的分布不均匀的电解液压力相平衡，保证高压气体在工件表面形成一层均匀的气体绝缘层，并将工件型面表面的杂散电解液经水平通道和通气槽均匀地吹出套料阴极体内部，极大减少杂散腐蚀对工件已加工型面的影响，改善工件的加工质量。

[0011] 2. 本发明有利于提高加工区域流场的稳定性。电解液流经加工区域时，绝大部分将沿阴极头加工面流向电解液出口，由于工件已加工型面与阴极头的阴极刃槽之间存在间隙，少部分电解液会从该间隙流进阴极体内部，除了对工件已加工型面造成杂散腐蚀，流动方向及状态的改变还会影响电解液流动的稳定性；电化学反应中氢气等气体产物以气泡的形式溶解于电解液中并跟随电解液流动，在沿流程方向上，随着电解液压力的降低，气泡体积将逐渐增大，使得电解液的电导率发生改变，破坏加工区域流场的均匀性，也将对电解加工过程的稳定性产生影响。经通气模块和气体控制模块向阴极体内部吹入高压气体，除了能将流进阴极体内部的杂散电解液吹出阴极，还将作用于工件已加工型面与阴极头的阴极刃槽之间的间隙，提高该区域的压力，增大电解液流进阴极体内部的难度，适当补偿电解液在沿流程方向上的压力损失，保证电解液更多地从加工区域流过，并在一定程度上压缩电化学反应产生的氢气等气体，减小电解液中气泡体积增大的趋势，控制电解液参数在流动过程中的相对稳定，提高加工区域电解液流场的稳定性。

附图说明

[0012] 图1是本发明阴极装置中高压气体的流动方式示意图；

[0013] 图2是本发明阴极装置中高压气体和电解液的侧面流动方式示意图；

[0014] 图中标号名称：1、工件，2、阴极头，3、套料阴极体，4、通气模块，5、竖直通道，6、水平通道，7、通气槽，8、阴极刃槽，9、气体控制模块，10、水平空腔；图1和图2中粗实心箭头所示为高压气体流动方向，图2下方细实心箭头所示为电解液流动方向。

具体实施方式

[0015] 下面对本发明的具体实施方式做如下详细介绍。

[0016] 实施本发明——“一种气体绝缘保护套料电解加工阴极系统及加工方法”，其装置主要包括套料阴极体、阴极头、通气模块、气体控制模块和阴极尾座。

[0017] 套料阴极体、阴极头及阴极尾座均由导电金属材料制成；通气模块及气体控制模块由非导电材料制成；阴极头的阴极刃槽的形状可根据所加工零件的形状进行设计，阴极头侧边通气槽的宽度及通气模块水平通道的厚度可根据加工条件调整。

[0018] 采用本发明电解加工工件的过程主要包括以下步骤：

[0019] 步骤一：将阴极体组合（套料阴极体、阴极头、通气模块和气体控制模块）安装到阴极尾座上，并将阴极与电源负极相连接；

[0020] 步骤二：安装工件，并接到电源正极；

[0021] 步骤三：对刀，确定初始加工位置，计算初始加工间隙；

[0022] 步骤四：安装夹具。将电解液进出口与电解液循环系统相连，将气体入口与气源相连；

[0023] 步骤五：开启气源，调节气压大小，向阴极系统吹入高压气体；

[0024] 步骤六：开启电解液循环系统，调节加工区电解液压力大小；

[0025] 步骤七：开启电源，进行电解加工。随着加工进行，工件已加工型面逐渐伸入套料阴极体内部，高压气体从通气模块上端吹入阴极系统，以气体绝缘层的形式包裹住工件已加工型面，并将流入套料阴极体内部的极少部分电解液吹向气体水平通道，从阴极头侧边的通气槽吹出套料阴极体，减少工件已加工型面表面的电解液，降低杂散腐蚀对工件表面的影响；

[0026] 步骤八：加工完毕，依次关闭电源、电解液循环系统及气源，并将阴极系统退回到起始位置。