低温环境套料电解加工阴极系统及方法与流程

本发明涉及电解加工技术领域，尤其涉及一种低温环境套料电解加工阴极系统及方法。

背景技术：

随着国防军事、航空及航天工业中对材料性能的要求越来越高，钛合金及高温合金等难加工材料在其中的应用越来越广泛。传统的机械加工方法在难加工材料中，存在刀具易磨损，加工效率低，表面加工质量差，加工成本高等问题。与传统机械加工相比，电解加工加工过程简单、加工效率高、无工具磨损、无残余应力等优势，在难加工材料制造过程中得到了大量应用。套料电解加工作为电解加工中一种高效的电解加工方式，特别在等直纹工件成型中起到重要应用。但在套料电解加工中，杂散腐蚀对工件的表面质量产生很大不良影响，因为杂散电解液的存在，杂散电流会对已加工的工件部分继续造成杂散腐蚀，工件受到不均匀的腐蚀，表面加工量不一致而产生锥度，表面质量严重降低。

电解加工虽然在难加工材料的成形上具有诸多优点，但在工件成形过程中普遍存在杂散腐蚀问题，由于工件阳极与工具阴极之间存在电场和电解液，造成工件上一些不需被加工的部位在杂散电解液和杂散电流的作用下，在加工过程中的时间累积效应下造成非加工部位的杂散腐蚀，影响工件表面质量。在专利“气体绝缘保护套料电解加工阴极系统及加工方法”（申请号201710463442.3申请人南京航空航天大学，发明人朱栋胡兴焱刘嘉徐正扬）中，公开了一种采用高压气体在工件已加工表面形成一层气体绝缘层来屏蔽杂散电解液减少杂散腐蚀的方法，但由于电解液沿流动方向的压力逐渐减小而电解液上方的气体压力沿电解液流动方向分布相同，气液分界面分布不一致，气体压力不容易控制。在专利“绝缘屏蔽套料电解加工阴极系统及加工方法”（申请号201710202429.2申请人南京航空航天大学，发明人朱栋胡兴焱朱荻）中，公开了一种采用绝缘粒子以粒子膜的形式包裹在工件已加工部分表面来屏蔽杂散电流减小杂散腐蚀的方法，但绝缘粒子的大小受到侧面间隙影响，更适合加工大通道工件。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）公开了一种通过向工件背部喷射低温液氮，采用辅助冰冻保护改善微小孔加工精度及质量的保护方法，该方法通过在工件背面形成冰冻结构可以起到保持加工稳定，改善微小孔出口处加工质量作用，但微孔锥度和其余部位成形精度改善不明显。

套料电解加工过程，工件阳极与工具阴极间保持很小的间隙，并分别与电源相连，工件阳极与阴极之间的加工间隙的电流密度很高，受焦耳热作用，电解液温度沿流程增高，相应的电导率也沿流程逐渐增大。

电解液电导率影响工件非加工区的杂散腐蚀大小，并通过加工间隙影响加工区内电解加工的成形精度；

现有的各种套料电解加工方法仍不能较好地解决工件已加工型面的杂散腐蚀问题和电解液沿程温升的问题，所以需要一种能够减少已加工区域的杂散腐蚀，减小锥度，稳定电解液沿程温度，提高工件成形精度的套料电解加工装置及方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是针对背景技术中所涉及到的杂散电解液造成的杂散腐蚀问题和加工产热引起的电解液沿程温升问题，提供一种基于低温环境保护的套料电解加工阴极系统及方法，减少套料电解加工中的杂散腐蚀，减小工件锥度，稳定电解液沿程温度，提高工件成形精度。

一种低温环境套料电解加工阴极系统，包括阴极体，阴极体内部中间具有上下贯通的阴极体空腔；上述阴极体下方安装阴极片，阴极片中间加工有阴极刃槽；其特征在于：上述阴极体空腔内由内向外依次安装绝缘套、制冷剂腔套、绝热套；绝缘套、制冷剂腔套、绝热套均为上端封闭下端开口的结构形式；制冷剂腔套内部具有制冷剂储槽，制冷剂储槽从上到下呈阶梯减小形式；制冷剂腔套外壁一侧上部设置有制冷剂进口，相对外壁另一侧下部设置有制冷剂出口；该阴极系统还包括制冷剂进液管和制冷剂出液管；制冷剂进液管依次穿过阴极体、绝热套与制冷剂进口对接，制冷剂出液管依次穿过阴极体、绝热套与制冷剂出口对接。

所述的低温环境的套料电解加工阴极系统的加工方法，其特征在于：在该套料电解加工方法中，电解液的流动方式为侧流式，即电解液由工件一端的进液口流入，流经阴极片与工件之间的加工间隙后，由工件另一端的出液口流出；阴极系统向工件进给，工件已加工型面逐渐套入制冷剂腔套所包裹的绝缘套内的局部低温保护区域；制冷剂从制冷剂腔套进液管流入，经过制冷剂储槽从制冷剂腔套出液管流出，制冷剂在流动过程中不断吸收工件已加工周围的热量，维持工件已加工区域周围的低温环境，控制电解液沿程温升；制冷剂的流动与电解液的流动方向是相反的；制冷剂储槽体大小，从上到下阶梯减小，且从进液孔到出液孔逐渐减小，使得工件周围的电解液温度从上到下，从进液孔到出液孔呈梯度分布。

有益效果

1.本发明能减小杂散腐蚀引起的工件已加工型面的锥度。套料电解加工过程中，工件已加工型面与阴极刃槽之间始终存在侧面间隙，具有一定压力的电解液流经该侧面间隙进入绝缘腔内，包裹在工件已加工型面周围形成杂散电解液，结合工件与阴极导电体间的杂散电场的作用，工件已加工型面产生杂散腐蚀而形成锥度，电解液的电导率越高，杂散腐蚀作用越明显，工件锥度越大；环绕在工件已加工型面周围的制冷剂局部降低杂散电解液温度，杂散电解液的电导率下降，杂散电场扩散作用减弱，杂散腐蚀受到抑制，工件锥度得到提高。

2.本发明有助于提高工件成形精度。电解加工过程中，工件阳极与阴极之间的加工间隙的电流密度很高，受焦耳热作用，电解液温度沿流程增高，相应的电导率也沿流程逐渐增大。电解液从入口到出口，温度逐渐升高，尤其在大电流密度加工时，电解液发热引起加工间隙增大沿流程逐渐改变，工件沿程腐蚀不均匀，电解加工成形精度降低；加工间隙周围的制冷剂可抑制电解液沿程温升，电解液沿程温度场分布更加均匀，工件沿程腐蚀更均匀，成形精度提高。

所述的低温环境套料电解加工阴极系统，其特征在于：上述绝热套由绝热筒和绝热环板组成；绝热筒位于绝热环板上方，绝热环板上端具有向内侧延伸的边沿结构；绝热环板上端的边沿结构与绝缘套下端的边沿机构配合定位；上述制冷剂腔套嵌入在绝热筒、绝热环板和绝缘套之间。绝缘套可进一步减弱杂散电场的影响，绝热筒和绝热环板可减少不必要的热交换损耗。

所述的低温环境套料电解加工阴极系统，其特征在于：所述绝热套、制冷剂进液管、制冷剂出液管为绝热材料；上述制冷剂腔套为导热金属材料。制冷剂进液管和制冷剂出液管为绝热材料可提高制冷剂的制冷效果。

所述的低温环境套料电解加工阴极系统，其特征在于：上述制冷剂腔套由筒部结构和盖板结构组成。制冷剂腔套由筒部和盖板分别制成，有利于零件加工的便利性和经济性。

附图说明

图1是本发明阴极装置中制冷剂输送方式和电解液流动方式示意图；

图2是本发明阴极装置中侧面制冷剂输送方式和电解液流动方式示意图；

图3是制冷剂储槽的结构示意图；

图中标号名称：1-工件、2-阴极片、3-绝缘腔、4-阴极体、5-制冷剂进液管、6-绝热套、6-1–绝热筒、6-2绝热环板、7-制冷剂腔套、7-1制冷剂腔套盖板、7-2制冷剂储槽、7-3制冷剂进口、7-4制冷剂出口、8-制冷剂出液管、9-电解液入口、10-电解液出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1、图2和图3所示，实施本发明一种低温环境套料电解加工阴极系统，其特征在于，包括阴极片2、绝缘套3、阴极体4、制冷剂进液管5、绝热套6、绝热筒6-1、绝热环板6-2、制冷剂腔套7、制冷剂腔套盖板7-1、制冷剂储槽7-2、制冷剂进口7-3、制冷剂出口7-4和制冷剂出液管8；电解液入口9；电解液出口10；

所述阴极体4，内部中间位置加工一个贯通的空腔，左右两侧分别有孔与中间空腔相通，底部有螺纹孔；

所述绝缘套3，底面与阴极片上表面相接触，外表面与制冷剂腔套7内表面接触，通过绝热环板6-2内侧的卡槽定位，并整体嵌入到制冷剂腔套7内侧；

所述阴极片2，中间加工有稍大于工件1轮廓的阴极刃槽，并通过螺纹孔与阴极体4底面连接；

所述绝热环板6-2，内侧加工有卡槽，外形尺寸与阴极体4中间空腔相同，嵌入阴极体4空腔中，底面与阴极片2上表面相接触；

所述绝热筒6-1，左右两侧分别加工有与阴极体4两侧进、出液孔相对应的螺纹通孔，嵌入到阴极体4贯通空腔中，底面与绝热环板6-2相接触；

所述制冷剂腔套7，两侧分别开有与绝热筒6-1相对应的制冷剂进口7-3和制冷剂出口7-4，中间加工有制冷剂储槽7-2，储槽从上到下阶梯减小，从制冷剂进口7-3到制冷剂出口7-4逐渐减小，并嵌入到绝热筒6-1内腔中；

所述制冷剂腔套盖板7-1，加工完成后焊接到制冷剂腔套7上端，用于封闭制冷剂储槽7-2；

所述制冷剂进液管5、制冷剂出液管8，中间加工有进液通道，一端加工有外螺纹，并分别通过阴极体4两侧孔与绝热筒6-1上的螺纹孔相连接；

所述制冷剂进液管5、制冷剂出液管8与绝热6为绝热材料，减少制冷剂液体与外侧的热传递；

所述制冷剂腔套7为导热性良好的金属材料，易于热传递；

所述电解液入口9和电解液出口10分别为电解液流动的进口和出口；

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）．将阴极系统通过尾座安装到阴极杆上，阴极杆与机床进给轴相连接；

步骤2）.安装好工件；

步骤3）.对刀，确定阴极片相对工件加工面的正确位置，并给定合适的初始间隙；

步骤4）.将密封夹具通过螺栓固定到阴极上；

步骤5）.通过引电块，将电源的正极与工件相连，负极与阴极相连；

步骤6）.将制冷剂循环系统分别与从制冷剂腔套进液管和制冷剂腔套出液管相连接；

步骤7）.打通电解液循环系统，调节电解液进口压力到适当大小；

步骤8）.打开制冷剂循环系统，从制冷剂腔套进液管通入制冷剂，从制冷剂腔套出液管导出制冷剂；

步骤9）.开启电源开关，同时机床向工件轴向进给；

步骤10）.机床按照预定速度进给到预定距离；

步骤11）.加工结束，停止机床阴极进给，停止制冷剂循环输送，关闭电源、电解液循环系统。