棒板组合式电解加工阴极系统及其加工方法与流程

本发明涉及一种棒板组合式电解加工阴极系统及其加工方法，属于电解加工技术领域。

背景技术：

电解加工属于特种加工技术范畴，基于电化学阳极溶解原理，去除工件材料。在电解加工过程中，工具阴极在数控系统控制下向工件阳极进给，工件阳极材料逐渐溶解，直到工件阳极形状、尺寸达到要求。该技术具有工具阴极不损耗、无切削应力、加工特性不受材料硬度影响等特点。

电解加工工件上的型腔时，为提高加工效率，通常按照型腔的尺寸和位置等进行工具阴极的仿形设计，只需一次进给即可实现对工件型腔的加工成型，适用于大批量生产的场合。随着加工型腔面积的增大，整个电解加工区域的流场均匀性和稳定性问题将进一步突显。这也导致了初次设计的阴极很难达到要求，需经过多次仿真、试验、优化的过程，生产成本、设计周期大幅增加。

近年，专家学者在型腔电解加工上取得了一系列进展，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200910248600.9，发明人徐斌朱海南白英纯等）中，提出采用分度、分块、分工步加工方式，阴极在不同工位上电解加工，加工流场好。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cn201610696734.7，发明人朱栋柳傲谷洲之等）中，提出了一种一字型工具阴极实现对工件外侧一字型叶片套料加工的方法。通过缩小一字型开口该方法可以较好的实现对小区域型腔的电解加工。在提高工具阴极的复用率和降低生产成本方面，专家学者也进行了一些探索。例如在专利“一种电解加工异形腔的工具阴极及装夹方法”（公布号cn109877403a，发明人余泽刘巍左敦稳等）中，提出采用组合阴极盘结构，依据加工需求快速更换组合阴极盘上连接的阴极头，提高阴极部件的复用率，采用仅更换阴极头便可优化流场的方式，降低了优化成本。

上述专利提出的电解加工方法均以小区域型腔为单次加工对象，直接应用于大区域型腔的一次性电解加工时，加工区域增大导致流场的均匀性难以保证；分区拼接加工的方式可以保证流场的均匀性，但存在加工周期长、工序复杂和易形成接刀痕等问题。因此，迫切需要寻求一种加工工序少、流场均匀性好、阴极调整快速简单的电解加工装置与方法，实现对工件上大区域型腔的高效电解加工。

技术实现要素：

本发明针对大区域型腔电解加工时流场均匀性差和优化调整难的问题，提出了一种棒板组合式电解加工阴极系统及其加工方法，以提高加工效率和精度，降低优化成本。

一种棒板组合式电解加工阴极系统，由前向后依次由棒板组合式阴极模块、紧固模块、均流模块和进液模块组成，其特征在于：上述棒板组合式阴极模块由阴极外框、棒板组合式阴极阵列两部分组成；阴极外框依据工件待加工面进行仿形设计，加工区域中部镂空；棒板组合式阴极阵列包括若干耐腐蚀金属棒；棒板组合式阴极阵列位于阴极外框的中部镂空处，加工侧端面依据工件型腔面进行切割、打磨处理；上述紧固模块由横向紧固模组、纵向紧固模组、紧固支架组成，用于压紧并固定棒板组合式阴极阵列中的金属棒与金属板；横向紧固模组和纵向紧固模组均分别由两条直角梯形条对称组合形成楔形紧固结构，直角梯形条与阴极外框内侧均为间隙配合；直角梯形条外侧与阴极外框压紧，内侧与棒板组合式阴极阵列压紧，压紧力度通过紧固支架上的紧定螺钉调节；紧固支架通过销孔定位安装于阴极外框上。

所述的棒板组合式电解加工阴极系统，其特征还在于：上述均流模块由纵向均流块和横向均流块依次连接组成；纵向均流块内部沿纵向均匀分布有数个横置薄板；横向均流块内侧沿横向均匀分布有数个纵置薄板。

上述进液模块由进液块、转接板、进液支架三部分组成；进液块左侧与均流模块相连，右侧通过转接板与进液支架相连；进液块横向设置有两个对称分布的进液口；进液支架上分布有一个“l”形进液口。

所述的棒板组合式电解加工阴极系统，其特征还在于：上述棒板组合式阴极阵列中若干金属棒由金属板分隔为数个金属棒矩阵，单个金属棒矩阵由等直径的金属棒沿横向、纵向均匀紧密排布组成；不同规格的金属棒矩阵中金属棒直径或排布形状存在差异；依据流场仿真结果或试验结果进行金属棒矩阵和金属板的配置。

利用所述的棒板组合式电解加工阴极系统的加工方法，其特征在于：加工准备阶段，依次连接阴极外框、紧固支架、纵向均流块；依据仿真结果或试验结果进行棒板组合式阴极阵列中金属棒矩阵和金属板的配置，依次将数个金属棒矩阵和金属板放入阴极外框中部镂空处；分别安装横向紧固模组、纵向紧固模组，调节紧固支架上的紧定螺钉对棒板组合式阴极阵列进行紧固，并对棒板组合式阴极阵列的加工面进行切割和打磨处理；继续安装横向均流块和进液模块；加工过程中，棒板组合式电解加工阴极系统垂直工件型腔面进给，电解反应开始，工件上材料逐步被电解蚀除；随着加工进给，阴极模块逐渐伸入工件内部，型腔逐渐成型；进给结束，加工完成。

所述的棒板组合式电解加工阴极系统的加工方法中，电解液流动方式为正流式；电解液从进液模块流入，流入的电解液经横向均流块和纵向均流块稳流后进入阴极模块，由棒板组合式阴极阵列上金属棒组合形成的出液缝进入加工区域参与电解反应，最后由阴极外框边缘流出。

本发明的优点在于：

1.本发明提供了一种以金属棒、金属板组合阵列方式实现对工件大区域型腔进行全区域供液的电解加工阴极系统与方法，棒板组合式阴极可以形成数量众多且分布均匀的出液缝阵列，相比传统出液口结构，电解液出液更均匀，有利于提高加工过程中的流场均匀性。

2.棒板组合式阴极由可配置的金属棒矩阵和金属板组成，依据仿真和实验结果，更换部分金属棒矩阵和金属板即可完成对阴极流场的调整与优化；而传统整体式阴极头，进行流场优化时无法单独调整出液缝，一般需要重新加工整个阴极头，相比之下本发明的阴极材料复用率更高，优化成本更低，时间周期更短。

3.进液块与进液支架组成的三路进液模块可以满足不同配置阴极模组的加工供液需求，配合纵向均流模块、横向均流模块，提高了电解液供给的均匀性。

附图说明

图1是棒板组合式电解加工阴极系统的整体装配图；

图2是阴极系统结构和流道示意图；

图3是棒板组合阴极模块配置示意图；

图中标号名称：1.阴极外框，2.棒板组合式阴极阵列，3.横向紧固模组，4.纵向紧固模组，5.紧固支架，6.纵向均流块，7.横向均流块，8.进液块，9.转接板，10.进液支架，11.工件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方法做进一步阐述，具体如下：

实施本发明——“棒板组合式电解加工阴极系统及其加工方法”，其装置包括阴极外框、棒板组合式阴极阵列、横向紧固模组、纵向紧固模组、紧固支架、纵向均流块、横向均流块、进液块、进液支架。

采用本发明电解加工大区域型腔的过程包括以下步骤：

步骤一：依次连接阴极外框、紧固支架、纵向均流块并紧固；

步骤二：依据仿真结果或试验结果进行棒板组合式阴极阵列的金属棒矩阵和金属板配置，由下向上、从左往右依次将数个金属棒矩阵和金属板放入阴极外框中部镂空处；

步骤三：分别安装横向紧固模组、纵向紧固模组，通过紧固支架上的紧定螺丝进行紧固，并对加工面进行切割和打磨处理；

步骤四：依次连接横向均流块、进液块和进液支架等部分；

步骤五：在进液块和进液支架上连接电解液管，阴极系统接电源阴极，工件接电源阳极；

步骤六：对刀；

步骤七：启动电源与电解液循环系统；

步骤八：启动数控机床运行程序，阴极系统垂直工件型腔面进给，电解反应开始，工件上材料逐步被电解蚀除，随着加工进给，阴极模块逐渐伸入工件内部，待加工区域逐渐成型，直至进给结束；

步骤九：加工结束后，断电，关闭电解液循环系统，拆下工件并清洗。