冻结保护套料电解加工阴极装置及加工方法与流程

本发明涉及电解加工领域，尤其涉及一种冻结保护套料电解加工阴极装置及加工方法。

背景技术：

电解加工在高温合金、钛合金等高强度和高硬度材料大批量成型中具有较高的加工效率及较低的加工成本，并因此广泛应用于军工国防工业及航空航天制造中的难加工材料加工中。

电解加工基于阴极与工件之间电场、电解液流场和电化学溶解原理来蚀除金属工件，加工过程中阴极装置不断向工件进给，工件表面材料不断蚀除而最终成型，具有加工范围广、不存在机械切削力、残余应力和变形等优点。

电解加工也存在一些亟待解决的问题，当工件已加工表面周围普遍存在杂散电场，工件与阴极加工间隙中的高速电解液常扩散到工件的已加工区域的情况下，工件已加工表面周围的杂散电解液会带来杂散腐蚀，工件表面质量降低并产生锥度。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201610696734.7申请人南京航空航天大学，发明人朱栋柳傲谷洲之徐正扬刘嘉）中公开了一种利用柔性绝缘块将工件已加工区域密封的方法来减少电解加工过程中的杂散腐蚀，但柔性绝缘块无法与工件已加工部位做到完全密封，因而仍会发生一部分杂散腐蚀；在专利“电解加工中利用钝化金属涂层保护非加工工件表面方法”（申请号201410525749.8申请人南京航空航天大学，发明人王登勇鲍均朱增伟朱荻）中公开了一种利用在工件的非加工表面涂制钝化金属层的方法减少工件的杂散腐蚀，但对于加工过程中产生的工件已加工表面无法进行保护且涂层制备周期长；在专利“基于低温环境的冰冻辅助微小孔加工方法及装置”（申请号201510212740.6申请人南京航空航天大学，发明人朱荻张彦徐正扬邢俊丁飞）中公开了一种利用液氮冰冻微孔加工出口改善工件出口质量的方法，但对孔加工全过程的表面质量改善不明显；

在现有的各种套料电解加工杂散腐蚀防护方法中，采用机械密封的方式难以保证有效阻隔杂散电解液进入非加工区，工件已加工表面仍会因存在电解液造成杂散腐蚀；

其它现有的各种杂散腐蚀防护的效果常存在各自局限，仍需进一步探寻更有效的套料电解加工保护方法；

电解液在电解加工中具有重要作用。电解液在电解加工中与被加工材料及工具阴极组成进行电化学反应的电极，作为工件在外电场作用下进行电化学反应的介质，同时所含导电离子也是传递电流的介质，并起到排除电解产物、带走加工过程产生热量的作用而不可或缺。

常用的电解液电解质如氯化钠和硝酸钠等，仅在熔融状态或溶于水后，受水分子影响，离子键断裂，存在自由一定浓度的能自由移动离子才能传递电流，充当电解液；当电解液电解质处于固态晶体时，离子之间存在很强的离子键而被束缚在晶格中不能自由移动而不能较好导电，难以充当电解加工反应的优良介质。

技术实现要素：

本发明是为了解决现阶段套料电解加工中存在的杂散电解液对工件已加工部位的杂散腐蚀问题，提出了一种冻结保护套料电解加工阴极装置及加工方法，以减少工件锥度，提高工件表面质量。

一种冻结保护套料电解加工阴极装置，包括矩形阴极块和阴极头，其特征在于：上述矩形阴极块中心具有上、下贯通的矩形空腔，矩形空腔内安装冷冻块；冷冻块自上而下依次为上冷冻块、密封垫和下冷冻块，三者通过螺栓连接；

所述上冷冻块中心加工有矩形上保护腔；所述下冷冻块中心加工有与上保护腔对应的下保护腔，下保护腔上下贯通,下保护腔周围加工有环形槽体；环形槽体内布置冷冻剂囊体；所述阴极头中间具有用于工件成形的阴极刃槽，并通过螺纹孔与阴极块下底面相连接。

所述的冻结保护套料电解加工阴极装置的加工方法，其特征在于：在套料电解加工方法中，电解液侧向流动，即从阴极头与工件间加工间隙的电解液入口一侧流入，从另一侧电解液出口流出；阴极装置不断向工件表面进给，工件的已加工部位经由阴极头中间的阴极刃槽成型后逐渐伸入到冻结块的下保护腔和上保护腔中；冷冻剂囊体不断吸收下保护腔和上保护腔内的杂散电解液热量，下保护腔和上保护腔内的杂散电解液温度迅速降到冰点以下而发生冻结，发生冻结的杂散电解液进一步阻隔加工间隙内电解液进入到下保护腔。

有益效果

1.本发明能够减小杂散腐蚀带来的工件锥度。工件已加工部位逐渐被套入冻结块保护腔，保护腔内存在杂散电场和杂散电解液，液态的杂散电解液分布在工件已加工部位表面带来杂散腐蚀。当保护腔周围的冷冻剂囊体内通有超低温冷冻剂时，冷冻剂迅速将保护腔内的电解液温度降至冰点以下，保护腔内存在的杂散电解液发生冻结，液态的杂散电解液被冻结成固态状。电解液发生冻结后，其中具有的自由移动的离子浓度大大减少，传递电流的能力受到限制，电解腐蚀很难发生，工件已加工表面受到保护，工件锥度极大减小。

2.本发明能够改善工件的表面加工质量。当工件已加工部分存在杂散电解液时，杂散电解液同时会带来工件与阴极加工间隙中产生的电解产物，工件的已加工区域中含带的电解产物会随电解液不均匀地存在工件已加工部位表面，电解产物的分布会改变工件已加工区域的电导率，已加工的工件部位表面各处因电导率分布不均匀而发生不同程度的杂散腐蚀，工件表面质量降低。当冻结腔内的液态杂散电解液发生冻结后，固态的杂散电解液冻结块会阻止加工间隙内的电解产物进入到工件已加工区域，从而减少工件已加工部位各处不均匀的杂散腐蚀，工件表面质量得到提高。

所述的冻结保护套料电解加工阴极装置，其特征在于：所述冷冻剂囊体为内部中空结构，中间具有冷冻剂储液室，储液室两侧分别设置冷冻剂进液管和冷冻剂出液管，冷冻剂进液管和冷冻剂出液管依次经过下冷冻块、矩形阴极块伸到阴极块外侧。上述冷冻剂囊体为软质导热材料，便于冷冻剂囊体安装，防止冷冻剂在阴极装置内发生泄漏而影响到电解液浓度。

所述的冻结保护套料电解加工阴极装置，其特征在于：所述冷冻剂囊体外形尺寸与冻结块的环形槽体尺寸相对应。冷冻剂囊体与冻结块贴合，杂散电解液冻结效果更好。

附图说明

图1是本发明阴极装置结构及电解液、冷冻剂流动方式示意图；

图2是制冷剂囊体结构示意图；

图3是下冷冻块结构示意图；

图4是上冷冻块结构示意图

图中标号名称：1-工件2-阴极头3-阴极块4-冷冻块4-1上冷冻块4-2下冷冻块4-3上保护腔4-4下保护腔5-密封垫6-冷冻剂囊体6-1冷冻剂入口6-2冷冻剂出口7-电解液入口8-电解液出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

如图1、图2和图3所示，实施本发明一种冻结保护套料电解加工阴极系统，其特征在于，包括：

采用本发明电解加工工件的主要步骤，主要包括以下过程：

步骤1）.组装好各阴极装置各部件，并将组装好的阴极装置连同阴极杆连接到机床进给主轴；

步骤2）.将冷冻剂进液管口、冷冻剂出液管口分别与冷冻剂囊体上的进液口和出液口接通；

步骤3）.安装并固定好工件，确定好工件与阴极在机床中的相对位置后，将封水夹具与阴极装置相连接；

步骤4）.将连接有阴极装置的机床主轴进给到相对于工件具有一个合适初始间隙的位置；

步骤5）.将用于电解加工的电源正、负极分别与工件和阴极装置相连接；

步骤6）.将电解液系统的进液口与出液口分别连接到封水夹具的进、出液口相连；

步骤7）.开启电解液系统，向阴极、工件的加工系统输送电解液；

步骤8）.向冷冻剂囊体通入冷冻剂；

步骤9）.电解液系统和冷冻剂通入正常后，开始机床主轴向工件表面的进给，加工开始；

步骤10）.进给加工到预定距离后，停止机床进给、电解液系统输送和冷冻剂通入，加工完成。