本发明公开了一种大小叶片叶间出液脉动态套料电解加工装置及方法，属于电解加工领域。加工装置的主要特征包括组合式阴极和挡板式封水夹具。组合式阴极由薄板阴极、绝缘卡套、导电块和阴极座组成。针对径向大小叶片设计双通道正冲供液的方式，电解液从阴极座内两个与叶片轮廓相似的象形通道进入绝缘卡套，流经两个叶片内侧的电解液通过叶间处加工间隙后，从薄板阴极和绝缘套内部的出液通道流出工具阴极。该流动方式避免了两股电解液的交汇碰撞，提高了加工间隙内电解液的流速和均匀性。
1.一种大小叶片叶间出液脉动态套料电解加工装置；其特征在于：包括组合式阴极和挡板式封水夹具；
上述组合式阴极包括阴极座（1）、导电块（2）、绝缘卡套（3）和薄板阴极（4）四个部分，其中绝缘卡套（3）通过插槽结构和薄板阴极（4）连接，导电块（2）的一端固定在薄板阴极（4）上，另一端和阴极座（1）表面贴合；
在阴极座内有两个与叶片轮廓相似的象形通道，作为电解液的进液口；在薄板阴极对应阴极座的象形通道处为两个叶片的加工刃，在薄板阴极的两加工刃之间设计长窄型出液口（L1）；在绝缘卡套内对应设计长窄型通孔（L2），作为电解液的出液通道；
上述挡板式封水夹包括内环固定块（9）、外环固定块（6）、左侧挡水板（7）和右侧挡水板（5）四部分，其中内环固定块（9）和外环固定块（6）固定在工装盘（8）上，左侧挡水板（7）固定在内、外环固定块的左半部上，右侧挡水板（5）固定在内、外环固定块的右半部上。
2.利用权利要求1所述的大小叶片叶间出液脉动态套料电解加工装置的加工方法，其特征在于包括以下过程；
在电解加工过程中，阴极加工面和工件表面之间存在端面间隙，由于阴极侧壁腐蚀的作用，在叶片周向与绝缘卡套象形孔内壁存在侧壁间隙；封水夹具的左挡板、右挡板分别和组合式阴极的左侧外壁、右侧外壁设计有出液间隙；
电解液流入阴极座（1）进液口后，沿叶尖到叶根方向进入叶片与绝缘卡套（3）象形通道内壁之间的缝隙，其中流经左叶片（B1）左侧的电解液通过薄板阴极（4）和工件之间的加工间隙后，从阴极侧壁和左侧挡水板（7）之间的出液通道流出；
流经右叶片（B2）右侧的电解液通过薄板阴极（4）和工件之间的加工间隙后，从阴极侧壁和右侧挡水板（5）之间的出液通道流出；
流经左叶片（B1）右侧和右叶片（B2）左侧的电解液通过叶片之间的加工间隙，通过薄板阴极（4）的长窄型出液口（L1）后，流入绝缘卡套（3）内的长窄型通孔（L2），最终流出组合式工具阴极。
3.根据权利要求2所述的大小叶片叶间出液脉动态套料电解加工装置的加工方法，其特征在于包括以下过程；
电解加工过程中，工件沿轴线向工具阴极振动进给，工具阴极和工件阳极之间施加脉冲电压，通过脉冲振动的相位耦合，在工件和阴极处于小间隙状态下，脉冲电源通电，工件材料发生电化学溶解，在工件和阴极处于大间隙状态下，脉冲电源关闭，电解产物随电解液排出；工件的轴向高频振动有利于避免电解产物在叶片表面的附着，加快电解产物和热量的排出，减少杂散腐蚀，实现小间隙下的叶片套料电解加工，改善叶片的加工精度。
大小叶片叶间出液脉动态套料电解加工装置及方法
技术领域
[0001] 本发明设计属于电解加工领域，具体为大小叶片叶间出液脉动态套料电解加工装置及方法。
背景技术
[0002] 电解加工属于特种加工的一种减材加工工艺，工件与电源正极相连，工具阴极与电源负极相连，高速流动的电解液作为导电介质，工具阴极向工件进给，随着施加电压工件材料发生氧化溶解。套料电解加工即通过使用带有与叶型轮廓相似的象形通道的工具阴极对材料进行套型加工。针对难加工材料，电解加工的加工效率高、成本低，因此被广泛应用在航空、航天等领域。
[0003] 专利号ZL2017102024292的发明专利中，提供了一种绝缘屏蔽套料电解加工阴极系统及加工方法，采用绝缘粒子包裹工件已加工部分，并通入高压气体减少工件已加工区域的杂散电解液，改善叶片表面质量。
[0004] 文章“扩压器套料电解加工流场优化设计及实验研究”中，针对单个叶片的套料电解加工提出了一种出液转角式电解液流动结构，改善了加工区域内流场的可达性和均匀性。
[0005] 公开号CN111687505A的发明专利中，提出一种大小叶片套料电解加工方法及装置，初步实现大小叶片的套型电解加工，但流场稳定性差。
[0006] 上述文章和专利中的加工方法和装置，对于具有复杂特征类型的径向叶片盘体类零件，尚不能实现高效套料电解加工，因此需要一种稳定的电解液流结构和相应的加工装置，提高具有复杂特征盘体类零件的加工效率和加工精度。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种大小叶片叶间出液脉动态套料电解加工装置及方法，提高复杂特征盘体类零件的加工效率和加工精度。
[0008] 一种大小叶片叶间出液脉动态套料电解加工装置，其主要部分包括组合式阴极和挡板式封水夹具两部分；上述组合式阴极包括阴极座、导电块、绝缘卡套和薄板阴极四个部分。其中绝缘卡套通过插槽结构和薄板阴极连接；导电块的一端固定在薄板阴极上，另一端和阴极座表面贴合；在阴极座内两个与叶片轮廓相似的象形通道，作为电解液的进液口；在薄板阴极对应阴极座的象形通道处设计有两个叶片的加工刃，阴极两个加工刃之间设计长窄型出液口；在绝缘卡套内对应设计长窄型通孔，流入叶间处的两股电解液从该通道流出；上述挡板式封水夹包括内环固定块、外环固定块、左侧挡水板和右侧挡水板四部分。内环固定块和外环固定块固定在工装盘上，左侧挡水板固定在内、外环固定块的左半部分上，右侧挡水板固定在内、外环固定块的右半部分上；在加工过程中，两侧的挡水板一方面与阴极侧壁构成出液通道，引导电解液流出，另一方面隔离侧边已加工叶片与电解液相接触，防止杂散电流对叶片产生二次腐蚀溶解；挡板式封水夹具简化了原有的夹具结构，提高了安装的便捷性。
[0009] 大小叶片叶间出液脉动态套料电解加工装置的加工方法，其特征在于包括以下过程：在电解加工过程中，阴极加工面和工件表面之间存在端面间隙，由于阴极侧壁腐蚀的作用，在叶片周向与绝缘卡套象形孔内壁存在侧壁间隙；封水夹具的左挡板、右挡板分别和组合式阴极的左侧外壁、右侧外壁设计有出液间隙；电解液流入阴极座的两个进液口后，沿叶尖到叶根方向进入叶片与绝缘卡套象形通道内壁之间的侧边间隙，其中流经左叶片左侧的电解液通过薄板阴极和工件之间的加工间隙后，从阴极侧壁和左侧挡水板之间的出液通道流出；流经右叶片右侧的电解液通过薄板阴极和工件之间的加工间隙后，从阴极侧壁和右侧挡水板之间的出液通道流出；流经左叶片右侧和右叶片左侧的电解液进入叶片之间的加工间隙，随后通过薄板阴极的长窄型出液口，流入绝缘卡套内部的出液通孔，最终流出组合式工具阴极。
[0010] 电解加工过程中，工件沿轴线向工具阴极振动进给，工具阴极和工件阳极之间施加脉冲电压，通过脉冲振动的相位耦合，在工件和阴极处于小间隙状态下，脉冲电源通电，工件材料发生电化学溶解，在工件和阴极处于大间隙状态下，脉冲电源关闭，电解产物随电解液排出；工件的轴向高频振动有利于避免电解产物在叶片表面的附着，提高电解产物和热量排出的及时性，减少杂散腐蚀，实现大小叶片在小间隙下的套料电解加工，改善叶片的加工精度。
[0011] 本发明的优点在于：
[0012] （a）设计一种双通道正冲供液+叶间出液的电解液流场结构，提高了加工间隙内流场的均匀性和稳定性，有利于拓展应用于多叶片套型加工。在无叶间出液的流场结构中，流经叶间加工间隙的两股电解液交汇碰撞易形成涡流，出液流程长，流场稳定性较差。采用叶间出液的电解液流动方式，通过在工具阴极内部设计出液通道，引导该处电解液以最短流程流出加工间隙，提高电解液流速均匀性以及流场的稳定性，有利于进一步提高进给速度，实现大小叶片的高效套型加工。通过合理拓展流道结构，在工具阴极内部增加出液通道，可以实现多个叶片的套料电解加工，显著提高加工效率。如扩压器和伞齿轮等径向特征周向分布的零件，具有较强的加工适应性。
[0013] （b）设计径向大小叶片套料电解加工装置，适用于具有复杂特征叶片的整体构件加工。组合式阴极提高了阴极结构的刚性，利用绝缘卡套的电绝缘性保护加工中叶片受到杂散腐蚀，提高电解加工过程中的定域性。挡板式封水夹具简化了结构，便于安装和调节，提高了侧边封水性能。
[0014] （c）采用脉动态径向大小叶片套料电解加工的工艺方法，可以有效提高叶片的加工精度和表面质量。工件在直线运动过程中配合轴向振动向阴极进给，工具阴极和工件阳极之间施加脉冲电压，通过脉冲振动的相位耦合，在工件和阴极处于小间隙状态下，脉冲电源通电，工件材料发生电化学溶解，在工件和阴极处于大间隙状态下，脉冲电源关闭，电解产物随电解液排出。工件的轴向高频振动有利于避免电解产物在叶片表面的附着，提高电解产物和热量排出的及时性，减少杂散腐蚀，实现小间隙下的叶片套料电解加工，改善叶片的加工精度和轮毂表面质量。
附图说明
[0015] 图1为径向大小叶片套料电解加工装置图
[0016] 图2为阴极头结构图
[0017] 图3为电解液流动方式对比示意图（横截面）
[0018] 图4为叶间出液电解液流动方式示意图（竖截面）
[0019] 其中：1‑阴极座，2‑导电块，3‑绝缘卡套，4‑薄板阴极，5‑右侧挡水板，6‑外环固定块，7‑左侧挡水板，8‑工装盘，9‑内环固定块，L1‑叶间出液口，L2‑叶间出液通孔，B1‑左叶片，B2‑右叶片。
[0020] 具体实施方法：
[0021] 基于本文介绍的径向大小叶片套料电解加工装置，结合工件加工的操作步骤进一步阐述其工作方法：
[0022] （a）装夹工件、阴极和封水夹具，调整至初始加工位置；
[0023] （b）启动电解液温控系统，待温度处于设定值时，进入恒温模式；
[0024] （c）启动电解液循环系统，调节电解液入口压力及流量；
[0025] （d）启动脉冲电源和脉冲振动耦合装置，设置脉冲频率和开通角；
[0026] （e）启动数控机床加工程序，工件向阴极高频振动进给，实现小加工间隙的套料电解加工，加工结束后，工件退回初始位置，并绕圆心转至下一组叶片的加工位置；
[0027] （f）重复步骤（e），完成工件全部叶片的脉动态套料电解加工；
[0028] （g）加工结束，关闭电解液系统，关闭电源系统，关闭机床数控系统。
