利用多流道管电极系统的单一流通电解切割方法技术方案

本发明专利技术涉及一种利用多流道管电极系统的单一流通电解切割方法，属电化学加工技术领域。选用一端封闭的多流道金属圆管作为电解切割时的工具阴极，其中多流道管电极外部壁面对应各流道分别开设小孔阵列，相邻流道对应的小孔阵列不相同。电解切割时，多流道管电极做旋转运动，在分配转接头作用下，电解液只从多流道管电极进给面处的一个流道进入，从相对应的小孔阵列中射出，对工件进行电解切割。由于相邻流道对应的小孔阵列不相同，随着多流道管电极（11）的旋转，加工间隙内的流场做上下往复运动，使流场更加均匀、电解产物更易排出。且各流道（21）依次切换使用，加工间隙内的电解液（15）呈现脉动流态，进一步提高了电解切割效率和加工精度。

Multi channel electrode and system and single flow electrolytic cutting method

The invention relates to a multi-channel tube electrode and system and a single-flow electrolytic cutting method, belonging to the technical field of electrochemical processing. A closed multi-channel metal circular tube is selected as tool cathode for electrolytic cutting. The outer surface of the multi-channel metal tube electrode should be provided with small hole arrays for each channel, and the corresponding small hole arrays for the adjacent channels are different. In electrolytic cutting, the multi-channel tube electrodes rotate. Under the effect of the distribution of transfer joints, the electrolyte enters only one channel at the feed surface of the multi-channel tube electrodes, emits from the corresponding small hole array, and electrolytically cuts the workpiece. Due to the different arrays of small holes corresponding to the adjacent channels, with the rotation of the multi-channel tube electrode (11), the flow field in the processing gap moves up and down, making the flow field more uniform and the electrolytic products easier to discharge. The electrolyte (15) in the machining gap presents a pulsating flow pattern, which further improves the efficiency and accuracy of electrolytic cutting.

【技术实现步骤摘要】
多流道管电极及系统与单一流通电解切割方法
本专利技术涉及一种多流道管电极及系统与单一流通电解切割方法，属于电化学加工

技术介绍
难加工金属材料在航空航天、兵器、精密仪器等领域的应用越来越广泛，但其加工制造困难，已成为相关领域的共性制造难题。比如航空发动机和燃气轮机的叶片榫头、涡轮盘榫槽、高精度传动齿轮等零件的直纹结构工作型面，采用电火花线切割、激光切割、火焰切割、等离子切割通常会在零件表面形成重铸层和热影响层。目前，较为理想的切割方式应属于电解切割加工。电解切割技术是以金属丝作为工具阴极，利用金属在电解液中发生电化学溶解的原理，结合多轴数控运动，对金属材料进行加工成形的一种电解加工方法。从理论上讲，工件是以离子的形式被蚀除，加工精度高，并且可以忽略材料的硬度，也不会产生加工应力、再铸层和热变形。此外，电解加工时，工具阴极上仅析出氢气，电极本身不会发生溶解，而且工具阴极不与工件接触，正常加工情况下工具阴极不会有损耗。但是电解切割时，加工间隙很小，电解产物很难从切缝中排出，而且新鲜的电解液难以进入，加工间隙内的电解液成分和浓度发生变化，大大降低了电解切割效率和加工稳定性。尤其是切割大厚度工件时，厚度越大，切缝越深，产物越难以排出，电解液越难以更新。针对电解切割效率偏低、可切割工件厚度有限这一问题，研究人员提出了轴向冲液电解线切割方法，采用轴向高速流动的电解液包裹电极丝快速冲进切缝，加工间隙内的电解液得到快速更新，并且电解产物被顺利冲出。该方法最明显的优点就是电解液更新速率快，电解切割效率高，可加工工件厚度的能力较高，但是也存在着一定的缺陷，未能满足现代制造的需求，因为随着工件厚度的增加，电解液束发散明显，并且受狭小切缝的壁面影响，加工间隙内电解液更新减缓，使得沿工件深度方向加工缝宽呈锥形，加工表面垂直度显著降低。为此，研究人员又提出了微细管电极电解切割方法，在一端封闭的管电极侧面开设一定数量的微小开口结构，高速流动的电解液流经管电极后从侧面的开口结构喷出，电解液直接到达加工间隙内，并快速冲出电解产物。采用该方法，电解切割效率和加工大厚度工件的能力得以提升，但是切割精度不高，这是因为在工件厚度方向上，加工间隙内流场均匀性较差，电解液直接冲击到的区域电解液流速高、更新快，未被直接冲击到的区域电解液流速低、更新慢，电解切割量不均匀，切割缝宽不一致。目前，对于厚度超过20mm的工件，如何高效精密电解切割仍是一个挑战，如何快速高效排出切缝中的电解产物、更新切缝中的电解液，仍是电解切割存在的重要难题。
技术实现思路
针对高效精密电解切割大厚度工件和切缝中电解产物排出困难、电解液难以更新的问题，本专利技术提出了一种多流道管电极及系统与单一流通电解切割方法。一种多流道管电极，其特征在于：多流道管电极为下端封闭的金属圆管，管内轴向设有多块隔板，将圆管内腔分隔成多个流道；每个流道对应的管电极外部壁面布置有小孔阵列；且在工件厚度方向，小孔阵列的分布范围长度大于等于工件厚度，保证从小孔阵列射流出的电解液能够覆盖整个加工区域；相邻流道对应的小孔阵列不相同；所谓小孔阵列不相同是指以下参数的一种或几种不相同：孔径、孔间距、孔高度、孔角度，其中孔角度是指孔从壁面厚度方向由内向外向下倾斜角度。利用任一上述所述多流道管电极的多流道管电极系统，其特征在于：还包括分配转接头；所述分配转接头上端设有输液管接口，下端设有管电极接口，中部内部由上而下依次设置有主导流腔和偏心导流腔，偏心导流腔直径小于主导流腔直径，两者相通。采用上述的多流道管电极系统的单一流通电解切割方法，其特征在于：电解切割时，伺服电机通过卡盘带动多流道管电极始终做旋转运动；由于分配转接头内只含有一条与主导流腔相对应的偏心导流腔，多流道管电极相对分配转接头旋转时，电解液只从多流道管电极进给面处的一个流道进入，从相对应的小孔阵列中射出，对工件进行电解切割；由于相邻流道对应的小孔阵列不相同，则在工件厚度方向上电解液的冲击区域不同，随着多流道管电极的旋转，加工间隙内的流场做上下往复运动，使得流场更加均匀、电解产物更易排出，并且由于多流道管电极的旋转，各流道依次切换使用，整个过程中加工间隙内的电解液将呈现脉动流态，进一步促进了电解产物的排出，提高了电解切割效率和加工精度。转向切割时，根据工件与多流道管电极单位时间内在X、Y方向上的相对运动量，电动精密分度盘驱动分配转接头转动一定角度，改变了分配转接头中偏心导流腔的所处位置，从而改变了电解液的喷射方向，实现对工件的转向电解切割。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提出的多流道管电极，每个流道对应的管电极外部壁面布置有小孔阵列；且在工件厚度方向，小孔阵列的分布范围长度大于等于工件厚度，保证从小孔阵列射流出的电解液能够覆盖整个加工区域；相邻流道对应的小孔阵列不相同，所谓小孔阵列不相同是指以下参数的一种或几种不相同：孔径、孔间距、孔高度、孔角度，其中孔角度是指孔从壁面厚度方向由内向外向下倾斜角度，使得从各列小孔阵列中喷射的电解液在工件上的冲击位置不同。2、由于分配转接头内只含有一条与主导流腔相对应的偏心导流腔，多流道管电极相对分配转接头旋转时，电解液只从多流道管电极进给面处的一个流道进入，从相对应的小孔阵列中射出，对工件进行电解切割；同时通过改变分配转接头中偏心导流腔的所处位置，来改变电解液的喷射方向，实现对工件的转向电解切割。3、伺服电机通过卡盘带动多流道管电极始终做旋转运动，由于相邻流道对应的小孔阵列不相同，则在工件厚度方向上电解液的冲击区域不同，随着多流道管电极的旋转，加工间隙内的流场做上下往复运动，使得流场更加均匀、电解产物更易排出，并且由于多流道管电极的旋转，各流道依次切换使用，整个过程中加工间隙内的电解液将呈现脉动流态，进一步促进了电解产物的排出，提高了电解切割效率和加工精度。所述的多流道管电极，其特征在于：管内轴向设的多块隔板均匀布置，将圆管内腔分隔成多个相同的流道。所述的多流道管电极，其特征在于：所有流道对应的小孔阵列中的孔径、孔间距均相同。所述的多流道管电极，其特征在于：相邻流道对应的小孔阵列，其孔径、孔间距、孔高度相同，孔角度不同。所述的多流道管电极，其特征在于：相邻流道对应的小孔阵列，其孔径、孔间距、孔角度相同，孔高度不同。附图说明图1是多流道管电极结构示意图，其中图（a）孔角度不同但其他参数相同的多流道管电极，图（b）是孔高度不同但其他参数相同的多流道管电极；图2是分配转接头结构示意图；图3是多流道管电极单一流通电解切割工件示意图；图4是多流道管电极单一流通电解切割装置结构示意图；其标号名称分别为：1、阴极夹具，2、电动精密分度盘，3、分配转接头，4、输液管，5、卡盘，6、脉冲电源，7、上支架，8、伺服电机，9、中支架，10、工件，11、多流道管电极，12、限位器，13、下支架，14、电解液槽，15、电解液，16、阳极夹具，17、液压泵，18、过滤器，19、储液箱，20、隔板，21、流道，22、主导流腔，23、偏心导流腔，24、输液管接口，25、管电极接口。具体实施方式根据图1所示，本专利技术提出的一种多流道管电极11为下端封闭的金属圆管，管内轴向设的多块隔板20均匀布置，将圆管内腔分隔成多个相同的流道21；每个流道21对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多流道管电极，其特征在于：所述多流道管电极（11）为下端封闭的金属圆管，管内轴向设有多块隔板（20），将圆管内腔分隔成多个流道（21）；每个流道（21）对应的多流道管电极（11）外部壁面布置有小孔阵列；且在工件（10）厚度方向，小孔阵列的分布范围长度大于等于工件（10）厚度，保证从小孔阵列射流出的电解液（15）能够覆盖整个加工区域；相邻流道对应的小孔阵列不相同；所谓小孔阵列不相同是指以下参数的一种或几种不相同：孔径、孔间距、孔高度、孔角度，其中孔角度是指孔从壁面厚度方向由内向外向下倾斜角度。

【技术特征摘要】
1.一种多流道管电极，其特征在于：所述多流道管电极（11）为下端封闭的金属圆管，管内轴向设有多块隔板（20），将圆管内腔分隔成多个流道（21）；每个流道（21）对应的多流道管电极（11）外部壁面布置有小孔阵列；且在工件（10）厚度方向，小孔阵列的分布范围长度大于等于工件（10）厚度，保证从小孔阵列射流出的电解液（15）能够覆盖整个加工区域；相邻流道对应的小孔阵列不相同；所谓小孔阵列不相同是指以下参数的一种或几种不相同：孔径、孔间距、孔高度、孔角度，其中孔角度是指孔从壁面厚度方向由内向外向下倾斜角度。2.根据权利要求1所述的多流道管电极，其特征在于：管内轴向设的多块隔板（20）均匀布置，将圆管内腔分隔成多个相同的流道（21）。3.根据权利要求1所述的多流道管电极，其特征在于：所有流道（21）对应的小孔阵列中的孔径、孔间距均相同。4.根据权利要求1所述的多流道管电极，其特征在于：相邻流道（21）对应的小孔阵列，其孔径、孔间距、孔高度相同，孔角度不同。5.根据权利要求1所述的多流道管电极，其特征在于：相邻流道（21）对应的小孔阵列，其孔径、孔间距、孔角度相同，孔高度不同。6.利用权利要求1-5任一所述多流道管电极的多流道管电极系统，其特征在于：还包括分配转接头（3）；所述分配转接头（3）上端设有输液管接口（24），下端设有管电极接口（25）...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，曾永彬，唐洪权，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32