专利名称：复杂凹凸型面旋印电解加工方法及系统的制作方法
技术领域：
涉及一种复杂凹凸型面旋印电解加工方法及系统，属于电解加工领域。
背景技术：
随着现代工业的发展，对产品性能的要求越来越高，出现了许多具有复杂凹凸型面的近似回转体零件，如航空发动机机匣、印花模具、轧辊类零件，其中以机匣最为典型。由于该类零件形状复杂、材料难加工、通常采取薄壁结构，因此制造难度很大。本专利以航空发动机机匣为主要应用背景，也可用于轧辊、模具等其它结构件。航空发动机机匣是一种具有复杂凹凸型面的大型薄壁零件，是航空发动机的关键部件，加工难度很大。机匣外型面有凸台、环带、栅格等复杂凹凸形状，易产生变形；加工效率很低。随着航空发动机推重比的提高，为降低结构重量和提高强度，发动机机匣的壁厚将进一步减薄，更多地采用整体结构设计，加工难度将进一步加大。我国机匣加工以金属铣削加工为主。用金属铣削加工整体薄壁机匣难度很大，主要体现在以下三方面(1)加工周期长。机匣材料多为高温合金、钛合金等难加工材料，力口工效率低；(2)生产成本高。铣削加工时刀具损耗严重，需要频繁更换刀具，刀具成本高昂。 另外需要采用五轴数控机床，设备成本高。(3)零件易变形。机匣通常为大型薄壁零件，切削力易造成零件变形。金属切削加工技术越来越不适应航空发动机机匣的加工需求，国内外都在积极寻求新的机匣加工技术。电解加工具有无工具损耗、加工效率高、无宏观作用力和残余应力、不受材料机械性能限制等优势特点，适合高强度材料薄壁机匣的加工。机匣电解加工在美国、英国等航空发动机生产大国得到高度重视，均把机匣制造技术列为核心制造技术。在国内，机匣的电解加工处于探索阶段，还没有专用的机匣电解加工机床，与国外有很大差距。目前美国、英国已有的机匣电解加工采用分块工具加工的方式。这种加工方式流场复杂，工具设计周期长、难度大，存在着加工稳定性差，加工精度低等问题。而且，为保证电解液流动和产物排出，需要在工具上设有进水口或出水口，因此加工后在工件表面会残留“进出水口痕迹”，需要后续机械加工来去除，影响加工质量，并使加工周期延长。因此，研究新型的机匣电解加工技术，提高加工精度、缩短生产周期、降低成本，对于新型航空发动机的研制具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂凹凸型面旋印电解加工方法及系统，适用于带凸台、凹坑、栅格等复杂结构的近似回转体薄壁整体结构件加工，解决航空发动机机匣等复杂薄壁零件的加工难题；克服传统电解加工工具设计困难、需后续去除“进出水口痕迹”、加工精度低等问题，实现高效、高质量、低成本电解加工。一种复杂凹凸型面旋印电解加工方法，适用于带有复杂凹凸型面的近似回转体工件加工，其特征在于包括以下过程工具阴极为回转体；在电解加工过程中工具阴极和工件阳极均自转；电解加工过程中，进行加工参数检测、运动误差补偿、维持阴极阳极间隙均勻；通过工具阴极和工件阳极的相对运动，利用电解原理将工具阴极的形状结构复制到工件上；
一种实现所述复杂凹凸型面旋印电解加工方法的加工系统，其特征在于包括运动机构、控制系统、电解液循环过滤系统、温度控制系统、电解液槽、电源；所述运动机构至少包括阴极自转机构、阳极自转机构、阴极和阳极的间距调节机构。所述控制系统包括用于实现加工参数检测、运动误差补偿、维持阴极阳极间隙均勻的电解加工过程在线监控系统，和控制工件阳极与工具阴极的运动的运动控制系统。本发明涉及的复杂凹凸型面旋印电解加工技术具备以下特点①可实现回转体外表面上凹凸形状的一次成形，加工效率高；②流道呈敞开式狭缝状，流场简单，流场控制容易，加工表面上不会留有“进出水口痕迹”，加工质量高；③加工区面积小，产物排出容易，加工稳定。
图1是旋印电解加工系统示意图； 图2是旋印电解加工原理示意图3是供液方式示意图； 图4是带凸起和窗口结构的工具阴极示意图； 图5是带绝缘屏蔽结构的工具阴极示意图； 图中标号名称
1、工具阴极，2、电解液循环过滤系统，3、工作台，4、工件阳极，5、加工电源，6、加工过程监控系统，7、电解液槽，8、温度控制系统，9、储液槽，10、局部冲液装置，11、运动机构，12、 凸起，13、窗口，14、阴极局部屏蔽。
具体实施例方式实施本发明——复杂凹凸型面旋印电解加工技术的加工系统如图1所示。加工系统包括运动机构11和电解加工过程在线监控系统6。监控系统6实现加工参数检测、运动误差补偿、维持间隙均勻等功能。运动机构11及其控制系统通过数控方式或机械传动方式实现工具阴极1相对工件阳极4的等角速度同步旋转运动或其他运动。开启电解液循环过滤系统2和温度控制系统8，对电解液进行加热或制冷。安装工具阴极1和工件阳极4，设定运动参数和加工参数。当电解液温度达到设定温度后，打开阀门，向电解液槽7供液。通过运动机构11操纵工具阴极1和工件阳极4运动。开启加工电源5，正负极分别连接工件 4和阴极1，开始旋印电解加工。在加工过程中，通过进给运动机构11保持加工间隙，通过在线检控系统6进行运动误差补偿。工件阳极4与工具阴极1作等角速度同步旋转(图2)。工件阳极4与工具阴极1 之间的等角速度同步旋转等运动可通过数控系统实现，也可通过机械传动机构实现。供液方式如图3所示，可采用多种方式供液，如工具阴极1和工件阳极4完全浸没于电解液中的供液方式，向阴极1和阳极4之间的狭缝区局部冲液方式，完全浸没和局部冲液共存的复合供液方式，等。
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工具阴极1的形状如图4和图5所示。图4所示阴极侧壁上有窗口 13、凸起12等形状结构，主要用于加工凸起高度或凹进深度较大的型面结构。图5所示阴极表面的形状结构通过局部绝缘屏蔽14的方法构建，主要用于加工凸起高度或凹进深度较小的型面结构。工件阳极4可以是具备复杂型面的空心或实心的任意金属零件，如薄壁件、轧辊类零件。采用回转体工具阴极1，在电解加工过程中工具阴极1在自转的同时与工件阳极4 作相对运动，通过电解原理将工具阴极1的形状结构复制到工件上。
权利要求
1.一种复杂凹凸型面旋印电解加工方法，适用于带有复杂凹凸型面的近似回转体工件加工，其特征在于包括以下过程工具阴极(1)为回转体；在电解加工过程中工具阴极(1)和工件阳极(4)均自转； 电解加工过程中，进行加工参数检测、运动误差补偿、维持阴极阳极间隙均勻； 通过工具阴极(1)和工件阳极(4)的相对运动，利用电解原理将工具阴极的形状结构复制到工件上；根据权利要求1所述的复杂凹凸型面旋印电解加工方法，其特征在于工具阴极(1)的侧壁具有窗口(13)，或/和凸起(12)，或/和局部绝缘屏蔽(14)结构。
2.根据权利要求1所述的复杂凹凸型面旋印电解加工方法，其特征在于工件阳极(4) 与工具阴极(1)形状完全对应，则工件阳极(4)的自转角速度与工具阴极(1)的自转角速度相等。
3.根据权利要求1所述的复杂凹凸型面旋印电解加工方法，其特征在于上述电解加工采用工具阴极(1)和工件阳极(4)完全浸没于电解液中的供液方式。
4.根据权利要求1所述的复杂凹凸型面旋印电解加工方法，其特征在于上述电解加工采用向工具阴极(1)和工件阳极(4)之间的狭缝加工区局部冲液方式。
5.根据权利要求1所述的复杂凹凸型面旋印电解加工方法，其特征在于上述电解加工采用完全浸没和局部冲液共存的复合供液方式，即工具阴极(1)和工件阳极(4)完全浸没于电解液中的供液方式，和向工具阴极(1)和工件阳极(4)之间的狭缝加工区局部冲液方式。
6.一种实现权利要求1所述复杂凹凸型面旋印电解加工方法的加工系统，其特征在于包括运动机构(11)、控制系统(6)、电解液循环过滤系统(2)、温度控制系统(8)、电解液槽(7)、电源(5);所述运动机构(11)至少包括阴极自转机构、阳极自转机构、阴极和阳极的间距调节机构。
7.所述控制系统(6)包括用于实现加工参数检测、运动误差补偿、维持阴极阳极间隙均勻的电解加工过程在线监控系统，和控制工件阳极(4)与工具阴极(1)的运动的运动控制系统。
8.根据权利要求7所述复杂凹凸型面旋印电解加工系统，其特征在于该电解加工系统还包括加工区电解液局部供液机构。
全文摘要
本发明涉及一种复杂凹凸型面旋印电解加工方法及系统，属于电解加工领域。其工艺在于利用简单回转体工具阴极(1)加工复杂凹凸型面，在电解加工过程中工具阴极(1)与工件阳极(4)之间作相对运动，利用工具阴极(1)侧壁上的窗口(13)、凸起(12)、局部屏蔽(14)等形状结构，通过电解原理在工件上加工出各种复杂的凹凸型面，可用于加工机匣类薄壁件、轧辊、印花模具等。
文档编号B23H3/04GK102179579SQ20111009557
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者朱增伟, 朱浩, 朱荻, 王宏睿 申请人:南京航空航天大学