专利名称：开槽电解加工方法及开槽工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的开槽电解加工方法及开槽工具，属于电解加工技术领域。
背景技术：
电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成 形的一种特种加工方法。具有工具无损耗、成本低、生产效率高、加工表面质量 好、与材料硬度无关等优点，因此，电解加工在难加工材料零件、复杂形状以及 薄壁零件的加工中具有显著优势。
随着航空工业的不断发展，大量复杂、薄壁零件都采用难加工材料，尤其是 航空发动机零件中，发动机整体叶盘、机匣都采用高温合金、钛合金等难加工材 料。同时该类零部件结构复杂，加工精度要求高，其制造技术已经成为世界共同 关注的难题。在航空发动机整体叶盘的加工中，为了形成扭曲的叶间通道，要重 复进行数十次开槽加工。目前传统的开槽加工方法主要有金属切削加工、电解加 工、电火花加工以及电火花线切割等。航空发动机零件多采用难加工材料，切削 加工刀具消粍量大，成本高，针对某些窄通道叶盘类零件还存在刀具无法加工的 干涉区。电火花加工，加工效率低，电极损耗大，加工表面会形成再铸层和微裂 紋。电火花线切割中，金属丝在加工中均为绷紧的直线，所以一般只能实现直线 展成曲面加工，无法进行复杂曲面加工。电解加工则凭借工具无损耗、成本低、 生产效率髙、加工表面质量好、与材料硬度无关等优点，在难加工材料的开槽加 工中具有突出的优势。
以往的电解加工开槽手段，通常采用横截面是三角形或者矩形的成型中空电极,采用缝状出液口 (见文章"康敏、徐家文'精密展成电解加工整体叶轮的阴极设 计'工具技术，2001(10), 21-23"以及"朱永伟、胡平旺、徐家文'整体叶轮数 控展成电解加工阴极的设计，航空精密制造技术，2000(6), 25-27")。上述电极 形状复杂，加工困难，试验准备周期长。由于电解液流动时具有前冲效应，采 用缝状出液口，如图6(A)所示，会出现出液口远端流量远大于近端的现象， 近端由于流量小常出现缺液区，无法及时带走加工产物，因此常在近端易发生短 路，导致工件和电极损伤。该类结构工具电极在加工贯穿通道时，如图7(A-B)， 在工具电极14加工到零件贯穿时，电解液直接从贯穿通道流走进而无法流经待 加工的侧壁区域，使原有流场遭到破坏，加工将无法继续，因此，如图7(C) 必须在零件毛坯15下增设金属牺牲层16来维持流场不变。同时，在加工大型或 槽通道过宽的零件时，将通道余量全部去除会出现加工面积过大，导致加工电流 过大。因此，有必要设计结构简单，可主动控制流场，即能够适应扭曲窄槽加工， 又能适应宽槽加工的工具电极。
发明内容
本发明目的在于克服金属切削难以加工的扭曲窄槽，电火花开槽效率低、表 面质量差，电火花线切割无法加工非直紋展成曲面以及传统电解开宽槽耗能大、 阴极加工难等不足，提供一种开槽电解加工方法及开槽工具。使其既能实现扭曲
窄槽加工，又能实现大余量去除的宽槽加工。
一种开槽电解加工方法，其特征在于(1)、采用成型中空金属管作为工具 电极，其管壁上具有规则排布的出液群孔；其孔径、位置根据工具电极形状和加 工轨迹择优排布。(2)、在工作时，电解液流入中空金属管并从管壁的小孔内喷 出，直接喷向零件被加工表面，形成正冲式流水方式；通过改变孔的分布控制流 场；(3)、工具电极与电源负极相连，被加工工件与电源的正极相连；(4)、采用
单头进液或双头进液，在数控传动装置驱动下，完成曲线切割、套料，扭曲窄缝
成型等加工。上述开槽电解加工方法，采用单头进液方式，即中空金属管电极一端封闭， 另一端进液，电解液从进液口流入，从小孔喷向加工面。
上述的幵槽电解加工方法，釆用双头进液方式时，即中空金属管电极两端都 为进液口，电解液从两端进液口同时流入，从小孔喷向加工面。
一种开槽电解加工工具，其特征在于包括进液管电极、用于连接进液管电 极与电解液供液管道的进液管电极夹具，上述进液管电极管壁上具有规则排布的 出液群孔。
上述进液管电极为直行型，也可以为曲线型、U型。
本发明的有益效果在于
1、 本发明提供了一种主动控制流场的电解开槽工具，采用孔作为出液口， 可以强迫电解液从指定位置的小孔喷出，改变孔的位置，流场随即改变，可实现 流场主动控制。如图6(B)，釆用小孔出液口将显著缓和电解液前冲效应，在出 液口近端流场稳定、流量大，解决了流场中的缺液区问题。同时，在加工贯穿通 道零件时，采用本发明的双排群孔电极17，如图7(D-F),该结构可控制电解液 按指定角度喷向毛坯侧壁，使工具电极在流场发生突变下仍能继续加工，实现无 需牺牲层直接加工贯穿通道。因此，与传统电解开槽工具相比，具有显著优势。
2、 本发明为扭曲、狭窄的复杂通道提供了一种有效的加工方法，采用管径 与待加工的槽或缝相适应的细金属管，通过运动轨迹优化，可以避免切削加工易 出现的刀具干涉区。同时由于本发明具有电极制造简单，加工能粍低，电极批量 生产容易等优点，可以使多电极同时加工成为可能。例如航空发动机中的整体叶 盘叶间通道的加工中，若能实现多条叶间通道同时加工，就可以大大缩短加工周 期，显著提髙加工效率；
3、 本发明提供了一种曲线电极电解切割方法，依据待加工曲面，设计合适 的曲线电极，通过轨迹控制、流场优化，完成各种复杂型面的加工。同时，由于 电解加工本身电极无损耗、加工与材料硬度无关等优点，为大量难加工材料的复杂型面加工提供了一种新方法。例如航空发动机机匣，由于其材料为难加工材料, 其体积大，传统机械加工刀具磨损严重，效率低，若采用曲线电极电解去除大部
分加工余量，即可以节约成本，又能够提高工作效率；
4、本发明提供了一种U型电极电解套料开槽方法，采用U型管电极代替传
统成型电极加工宽槽，可以实现较小的加工面积去除较大的加工余量，即降低了 加工时的电流量，又提高了加工效率。例如大型整体叶轮的叶间通道加工，通道 较宽，传统电解加工受到电源限制无法加工，釆用切削加工刀具损耗量大，成本 高，去除余量时只能单个通道逐一成型，效率低。若应用曲线电极套料电解开槽， 刀具无损耗、能节约大量能源和贵重金属，成本显著降低，同时可实现多电极同
时加工，效率显著提高；
图l为单头进液电解加工工具示意图。
图2为双头进液电解加工工具示意图。 图3为单头进液棒状电极电解加工示意图。 图4为双头进液曲线电极电解加工示意图。 图5为双头进液U型电极电解加工示意图。 图6为缝状与孔状出液口流场比较图。 图7为不同结构工具电极加工比较图。
图中标号名称1、单头进液管电极，2、单头进液管电极夹具，3、管电极 锁紧螺母，4、夹具上与进液管路连接部位，5、双头进液管电极，6、双头进液 管电极夹具，7、电解加工工件，8、电源正极，9、电源负极，10、电解液供液 系统，11、曲线双头进液管电极，12、双头进液管电极夹具，13、 U形双头进液 管电极，14、缝状出液口电极，15、零件毛坯，16、牺牲层金属，17、双列群孔出液口电极。 具体实施方法
实施本发明一一 "开槽电解加工方法及开槽工具"如图l、 2所示，其包括 在面向加工表面具有规则排布小孔的成型金属管电极单头进液管电极1和双头 进液管电极5，管电极电解液进液口与电极固定夹具单头进液管电极夹具2和 双头进液管电极夹具6相连，通过电极锁紧螺母3将电极和夹具固定。电解液从 电极固定夹具上的进液接口直接冲入成型中空金属管电极，工具电极接电源阴 极，零件接电源阳极，将这一套工具接入电解加工数控进给系统，就可以进行零 件的电解加工。
图3所示为单头进液电解加工示意图，其包括单头进液电极1和单头进液 管电极夹具7与电源负极9相连，被电解加工工件7与电源正极8相连，电解液 供液系统10将电解液从夹具的进液口流入，从电极上的小孔中喷出，通过数控 进给系统实现对零件的开槽加工。
图4所示为双头进液曲线切割电解加工示意图，其包括将双头进液管电极5
的两头进液口分别与两个单头进液电极夹具2相连，电极和夹具与电源负极相
连，被加工工件与电源的正极相连，电解液供液系统将电解液同步流入两个单头
进液电极夹具的进液口流入，通过数控进给系统实现曲线电极电解加工。
图5所示为双头进液套料电解加工示意图，其包括将U形双头进液管电极
13与双头进液管电极夹具12相连，电极和夹具与电源负极相连，被加工工件与 电源的正极相连，电解液供液系统将电解液从夹具的两个进液口同步流入，通过 数控进给系统实现U型电极电解套料加工。
权利要求
1、一种开槽电解加工方法，其特征在于(1)、采用成型中空金属管作为工具电极，其管壁上具有规则排布的出液群孔；(2)、在工作时，电解液流入中空金属管并从管壁的小孔内喷出，直接喷向零件被加工表面，形成正冲式流水方式；通过改变孔的分布控制流场；(3)、工具电极与电源负极相连，被加工工件与电源的正极相连。
2、 根据权利要求l所述的开槽电解加工方法，其特征在于采用单头进液 方式，即中空金属管电极一端封闭，另一端为进液口，电解液从进液口流入，从小孔喷向加工面。
3、 根据权利要求1所述的开槽电解加工方法，其特征在于釆用双头进液 方式时，即中空金属管电极两端都为进液口，电解液从两端进液口同时流入，从 小孔喷向加工面。
4、 一种开槽电解加工工具，其特征在于包括进液管电极、用于连接进液 管电极与电解液供液管道的进液管电极夹具，上述进液管电极管壁上具有规则排 布的出液群孔。
5、 根据权利要求4所述的开槽电解加工工具，其特征在于所述进液管电 极一端开口一端封闭，开口端安装于进液管电极夹具上。
6、 根据权利要求4所述的开槽电解加工工具，其特征在于所述进液管电 极两端均开口，两开口端分别与一进液管电极夹具相连。
7、 根据权利要求4所述的开槽电解加工工具，其特征在于所述进液管电 极为直行型。
8、 根据权利要求4所述的开槽电解加工工具，其特征在于所述进液管电 极为曲线型。
9、 根据权利要求4所述的开槽电解加工工具，其特征在于所述进液管电 极为U型且两端均开口，两开口端分别与一进液管电极夹具相连。
全文摘要
本发明涉及一种开槽电解加工方法及开槽工具，属于电解加工技术领域。该方法，其特征在于(1)采用成型中空金属管作为工具电极，其管壁上具有规则排布的出液群孔；(2)在工作时，电解液流入中空金属管并从管壁的小孔内喷出，直接喷向零件被加工表面，形成主动控制流场的正冲式流水方式；(3)工具电极与电源负极相连，被加工工件与电源的正极相连。该开槽电解加工工具，其特征在于包括进液管电极、用于连接进液管电极与电解液供液管道的进液管电极夹具，上述进液管电极管壁上具有规则排布的出液群孔。本电极可以实现曲线切割、套料，扭曲窄缝成型等加工，由于电极结构简单，加工时耗电量少，适合多电极同时加工，可显著提高加工效率。
文档编号B23H9/14GK101524778SQ20091002580
公开日2009年9月9日 申请日期2009年3月10日 优先权日2009年3月10日
发明者嘉 刘, 荻 朱, 朱增伟 申请人:南京航空航天大学