一种机匣内表面阵列型腔结构高效电解加工装置及加工方法与流程

本发明属于电解加工技术领域，具体涉及一种机匣内表面阵列型腔结构高效电解加工装置及加工方法。

背景技术：

航空发动机是飞机的心脏，是决定飞机性能的重要因素之一。航空发动机的零件大多具有薄壁特征，且结构复杂、材料难加工。机匣是发动机支撑转子和固定静子的重要部分，发动机的推力通过机匣传到飞机上，因此机匣航空发动机的主要承力部件，其加工质量的好坏，直接影响到发动机运行的稳定性和可靠性。随着航空技术的发展，航空发动机的性能与结构设计在不断的改进，材料也愈加趋向于难加工的方向发展。这就导致机匣越来越难加工，质量更加的难以保证。

机匣零件一般为薄壁回转体结构，为进一步减轻机匣重量，机匣内表面通常设有不同形状的阵列型腔结构。机匣零件材料多为高温合金等难加工金属，具有硬度高、强度大等特点。因此，在加工机匣内表面阵列型腔结构时，若使用传统的机械加工方法，加工过程极为繁冗，效率也相对低下。电解加工具有加工速度快、表面质量好、无残余应力、不受材料硬度限制等加工特点，在机匣零件加工制造中具有极大的应用潜力。然而，传统块状电极逐个机匣内表面型腔结构的方法依然存在加工过程繁琐、加工精度不稳定和加工效率不高等问题。

技术实现要素：

本发明目的在于解决机匣内表面阵列型腔结构加工过程中，因需要重复定位，导致加工精度不好保证，以及效率不高等问题，提出一种适用于机匣内表面阵列型腔结构加工的高效率、低成本的电解加工装置及方法，通过机匣零件与阴极工具的差速旋转运动和阴极工具的进给运动，实现机匣内表面阵列型腔结构的一次性高效加工成型。

本发明的第一个目的是提供一种机匣内表面阵列型腔结构高效电解加工装置，其特征在于，包括阴极工具、冲液结构、工作台、阳极工件，该机匣装夹在工作台上，与电源正极相连，形成阳极工件；所述阴极工具，固接在机床主轴上，并与电源负极相连；所述阴极工具外侧面设有与机匣内侧面待加工型腔结构匹配的凸台结构，所述工作台设有电解液出水口。

进一步的，所述阴极工具外侧面的凸台结构至少为1个，凸台结构的数量n可根据使用需要自由设定，凸台结构的形状应与待加工型腔结构相匹配。

进一步的，所述阴极工具外侧面的凸台结构的高度应大于阳极工件内侧面待加工型腔结构的深度。

进一步的，加工过程中，所述阴极工具与所述阳极工件保持同向旋转。

进一步的，所述电解液出水口设置于工作台中心，且电解液出水口周围设为锥形下凹结构，用以蓄存过量电解液，避免杂散腐蚀。

进一步的，所述冲液结构的电解液喷嘴置于阴极工具和阳极工件的旋入侧，且电解液喷嘴的形状为竖长条状，保证电解液能够冲刷整个加工区域。

进一步的，所述冲液结构的电解液进水口，其口径小于电解液出水口的口径。

进一步的，所述阴极工具外侧面与阳极工件内侧面的倾斜程度一致。

本发明的第二个目的是提供一种机匣内表面阵列型腔结构高效电解加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将阳极工件固定在机床工作台上，根据机匣内表面阵列型腔结构选用具有匹配凸台结构的阴极工具，将选用的阴极工具固接在机床主轴上，通过机床主轴驱动阴极工具，使阴极工具位于阳极工件内，并使阴极工具的凸台结构逼近阳极工件内侧面，且保证一定的初始加工间隙；

2)加工过程中，电解液由冲液结构的电解液进水口泵入，从电解液喷嘴喷射到加工区域；机床主轴驱动阴极工具以ω1匀速旋转，工作台驱动阳极工件以ω2匀速旋转，加工过程中，阴极工具与所述阳极工件保持同向旋转，同时，阴极工具以速度v恒速进给；

3)在电场的作用下，阳极工件内表面与阴极工具表面凸台结构对应的区域发生电化学溶解，并逐步将阴极工具表面凸台结构均匀复制的阳极工件的内表面，在机匣内表面形成阵列的型腔结构。

进一步的，所述阳极工件内表面能够形成的型腔结构的数量m与阴极工具表面凸台结构的数量n及阴极工具的转速ω1和阳极工件的转速ω2之间的关系可表达为m＝n(ω1/ω2)。

本发明技术方案，有以下显著效果：

1)本发明通过小直径阴极工具(阴极工具外径小于阳极工件腔体内径，且阴极工具的外侧面与阳极工件内侧面锥度相匹配)和阳极机匣零件的差速旋转运动，实现机匣内表面阵列型腔结构的一次性加工成型，有效简化加工工艺，提高加工过程的可靠性和稳定性；

2)本发明通过一次装夹即可完成所有型腔结构的加工成型(一个阴极工具在阳极工件内侧面完成多个型腔结构的加工)，避免了重复装夹带来定位误差，有效保障加工精度；

3)本发明采用少凸台、小直径的回转体作为大直径机匣内表面阵列型腔结构加工的工具电极，简化了工具电极的设计和制造过程，节约工具电极制造成本。

附图说明

图1是本发明机匣内表面阵列型腔结构高效电解加工装置示意图；

图2是本发明阴极工具示意图(一个凸台结构)；

图3是本发明具有不同凸台结构的阴极工具示意图；

图4是图3阴极工具a向视图；

图5是图3阴极工具b向视图；

图中：机床主轴1、阴极工具2、凸台结构3、电解液喷嘴4、冲液结构5、工作台6、阳极工件7、型腔结构8、电解液进水口9、电解液出水口10、阴极工具夹持端11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1是本发明机匣内表面阵列型腔结构高效电解加工装置示意图，图中包括机床主轴1、阴极工具2、凸台结构3、电解液喷嘴4、冲液结构5、工作台6、阳极工件7、型腔结构8、电解液进水口9、电解液出水口10；其中机床主轴1、阴极工具2和工作台6均由不锈钢等耐腐蚀材料制成；电解液喷嘴4由环氧树脂等不导电材料制成；

图2是本发明阴极工具示意图，图中包括阴极工具2、凸台结构3和阴极工具夹持端11；其中阴极工具2的表面区域，除凸台结构3的顶面和工具夹持端11之外的其它区域，均应涂覆绝缘层；该阴极工具具有与阳极工件内表面匹配的锥面，在阴极工具的锥面上设置与待加工型腔结构匹配的凸台结构。

图3是本发明具有不同凸台结构阴极工具示意图，图中包括阴极工具2、凸台结构3和阴极工具夹持端11；其中两个凸台结构3的形状各异，其形状特征分别如图4和图5所示；阴极工具2中，除凸台结构3的顶面和工具夹持端11之外的其它表面区域，均应涂覆绝缘层；

图4和图5分别是图3阴极工具a向视图和b向视图。

结合图1-5，本发明机匣内表面阵列型腔结构高效电解加工装置的加工方法，具体实施步骤如下：

步骤(1)：将待加工的机匣零件通过专用夹具固定在机床工作台上，选用表面凸台结构与待加工型腔相匹配的阴极工具(且阴极工具锥面与阳极工件内表面倾斜程度一致)，并将选用的阴极工具固接在机床主轴上；手动调节机床，驱动阴极工具靠近阳极工件，并保证阴极工具和阳极工件之间具有0.5mm左右的初始加工间隙；将冲液结构放在阴极工具与阳极工件的旋入一侧，并保证电解液喷嘴朝向加工区域；阴极工具锥面凸台机构处母线与对应的阳极工件内表面母线之间形成加工区域，电解液喷嘴的形状为竖长条状，保证电解液能够冲刷整个加工区域；

步骤(2)：检查电解液循环系统，确保回路系统无泄漏，同时调节冲液结构位置，确保电解液喷嘴能够将电解液喷射到阴极工具和阳极工件的加工间隙内；检查电解加工电源回路，确保阳极工件与电源正极相连、阴极工具与电源负极相连；开启电解液压循环系统和电解加工电源；

步骤(3)：开启机床控制系统，通过机床主轴驱动阴极工具以ω1匀速旋转，通过工作台驱动阳极工件以ω2匀速旋转，加工过程中，阴极工具与所述阳极工件保持同向旋转，同时，阴极工具以恒定速度v逐渐靠近阳极工件。在电场的作用下，阳极工件内表面与阴极工具表面凸台结构对应的区域发生电化学溶解，并逐步将阴极工具的表面凸台结构均匀印刻至阳极工件的内表面，形成阵列的内型腔结构(所述阳极工件内表面能够形成的型腔结构的数量m与阴极工具表面凸台结构的数量n及阴极工具的转速ω1和阳极工件的转速ω2之间的关系可表达为m＝n(ω1/ω2))。

在本例加工条件下，假设阴极工具表面为单个凸台结构，如图2所示，且ω2＝3ω1，则阳极工件内表面形成3个结构形状完全相同的型腔结构；若阴极工具表面为单个凸台结构，如图2所示，且ω2＝6ω1，则阳极工件内表面形成6个结构形状完全相同的型腔结构；若阴极工具表面为两个不同形状的凸台结构，如图3所示，且ω2＝3ω1，则阳极工件内表面形成6个型腔结构；

步骤(4)：型腔加工结束后，分离阴极工具、阳极工件，关闭电源和电解液循环系统，取下阳极工件，并清洗加工产物，然后流转至下一工序。