一种消除管电极电解加工间隙内流场涡流的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于管电极电解加工的技术领域，特别是指一种消除管电极电解加工间隙内流场涡流的方法。
【背景技术】
[0002]管电极电解加工是一种以中空金属管作为工具阴极对工件阳极进行电化学蚀除的加工工艺，常用于电解打孔，其应用主要体现在航空制造领域。随着现代航空工业技术的进步，航空发动机涡轮前温度不断提高，发动机热端部件(如高压涡轮工作叶片、导向叶片，燃烧室等)都广泛采用了气膜冷却技术，每片叶片有数十至数百个气膜冷却孔，燃烧室有数万个这样的气膜冷却孔。这些零部件也多采用高强度钢、钛合金、镍基合金等高强度高硬度材料，而且这些气膜冷却孔的孔径一般在0.25-1.25mm之间，空间角度复杂，用传统的机械方法已无法加工这些气膜冷却孔，因此，在高强度高硬度航空发动机材料上，怎样高效率高质量地加工冷却孔已成为目前航空制造业必须解决的问题之一。如果使用常规加工手段，如电火花、激光加工等，存在热效应问题，而采用管电极电解加工方法则可以忽略工件硬度，又没有工具损耗，加工后不存在热再铸层、热影响区及残余应力，另外，通过一次性群孔加工成型，可在保证加工质量的基础上，显著降低制造成本，提高电解加工效率，该方法非常适宜加工对热再铸层和微裂纹非常敏感的发动机热端部件，如发动机高压涡轮叶片。但孔结构的管电极电解加工尚存在一些问题限制了它的发展与应用，加工过程稳定性较差就是其中之一，主要表现为短路烧伤、火花放电等。提高加工过程稳定性，一直是电解加工研究人员致力于解决的重要问题。加工过程的稳定性恶化受到多种因素的影响，其中最主要的因素就是加工间隙过小，易产生涡流区。而涡流区内电解液难以及时更新，易形成“死水区”，不能及时带走加工间隙内的电解产物，使加工环境恶化，容易发生短路现象，引起工件及电极表面烧伤；此外，涡流的存在还破坏了加工间隙内电解液压力的平衡，引起管电极振动，同样增大了短路发生的几率，降低了加工过程稳定性，影响加工精度。
[0003]因此，寻找一种有效的加工方法消除管电极电解加工间隙内的涡流，从而提高管电极电解加工的加工稳定性，是目前管电极电解加工领域的关键核心问题之一，也是航空制造领域管电极电解加工产业发展的客观需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，设计一种消除管电极电解加工间隙内流场涡流的方法，该方法利用经侧面打孔处理的管电极进行电解加工，能够有效消除加工区域的涡流区，提高电解加工的过程稳定性。
[0005]本发明提供的一种消除管电极电解加工间隙内流场涡流的方法，包括以下步骤:
(一)采用激光打孔工艺对管电极侧面进行打孔处理，打孔区域为管电极自加工端面向上5mm内的区域，打孔角度为相对加工水平面向下30° -60°，打孔直径为50-200 μ m，打孔数量视管电极直径而定，管电极侧面均布打孔；打孔结构示意图如图3 ; (二)将打孔处理后的管电极做相应绝缘处理；
(三)将管电极安装在电解加工机床的夹紧密封装置上，并连接加工电源的负极，将工件材料固定在电解液槽中的工件夹具上并连接电源正极，开启电解液循环栗和加工电源进行电解加工，加工时如图2所示，电解液在管电极中向下流动，从管电极下端出口向外喷出，管电极出口喷出的电解液束流冲击电解加工区域，部分电解液从管电极侧面孔喷出，侧面孔喷出的电解液束流与管电极下端出口喷出的电解液束流发生撞击，在侧面孔喷出的电解液撞击及扰动作用下消除加工区域电解液的涡流区，电解产物在电解液的循环流动中被及时排出加工区域，同时，在电解液撞击时反作用力的作用下，减小管电极由电解液流动引起振动的振幅。在此过程中，管电极侧面孔直径小，侧面孔流出的电解液束流流速低、流量小，不会影响管电极出口电解液束流的流速，也不会阻碍加工区域电解液的循环流动，从而在消除加工区域涡流区的前提下，顺利通过电解液的循环将电解加工产物排出加工区域。通过消除涡流区排出电解加工产物和减小管电极振幅，可有效地降低加工过程短路的发生，提高管电极电解加工的工艺稳定性。
[0006]优选地，采用激光打孔工艺对管电极侧面进行打孔处理，打孔区域为管电极自加工端面向上5mm内的区域，打孔角度为相对加工水平面向下30° -60°，打孔直径为50-200 μ m，打孔数量视管电极直径而定，管电极侧面均布打孔。
[0007]优选地，采用侧面孔喷出的电解液束流与管电极下端出口喷出的电解液束流发生撞击的方式，消除加工区域电解液的涡流区，电解产物在电解液的循环流动中排出加工区±或，同时，在电解液撞击时反作用力的作用下，减小管电极由电解液流动引起振动的振幅。
[0008]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
在常规电解加工中，由于加工间隙较小，容易在电极管出口和工件的间隙中形成涡流区，电解加工产物滞留在涡流区内导致短路发生，而且电解液的涡流会引起管电极振动，同样也会造成短路，降低孔加工质量。本方法中管电极侧面孔可喷出部分电解液，与管电极下端出口流出的电解液发生撞击，从而消除加工区域的涡流区，电解产物在电解液的循环流动中排出加工区域，同时，在电解液撞击时反作用力的作用下，减小管电极由电解液流动引起振动的振幅。通过消除涡流区排出电解加工产物和减小管电极振幅，可有效地降低加工过程短路的发生，提高管电极电解加工的工艺稳定性。
【附图说明】
[0009]图1是管电极电解加工装置示意图；
图2是管电极电解加工加工区域原理示意图；
图3是管电极侧面打孔的结构示意图。
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【具体实施方式】
[0011]如图1所示的管电极电解加工的装置示意图和图2所示的管电极电解加工的加工区域原理示意图，其包括:电解加工机床的夹紧密封装置1，负责管电极的夹紧和电解液密封；经侧面打孔和绝缘处理