一种短电弧-电化学顺序制孔方法及专用工具技术

本发明专利技术涉及一种短电弧

【技术实现步骤摘要】
一种短电弧
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电化学顺序制孔方法及专用工具


[0001]本专利技术涉及特种加工
，具体是一种短电弧
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电化学顺序制孔方法及专用工具。

技术介绍

[0002]航空工业的高速发展促使不锈钢、高强度铝合金、钛合金、高温合金等硬质合金材料在航空产品的关键零部件上的应用比例逐年增加。然而，这些材料通常具有硬度高，强度大，韧性好等特点，传统的机械加工在面对这些材料时往往产生加工硬化，切削区温度高，刀具磨损严重，因此加工成本高，加工效率受到限制。尤其对于一些工况更加复杂的场合，例如航空飞机中的紧固件和连接件的连接孔、燃烧室以及涡轮叶片上的冷却孔等，应对此类特征时排屑困难，刀具尺寸小，刀具与工件的接触应力集中可能导致崩刃和断刀。
[0003]电加工是一种非接触式工艺，能加工任何导电材料而无关材料的硬度和强度。应用最广泛的电加工分别为电火花加工和电化学加工。电火花加工通过电极和工件之间产生的火花放电熔化材料，可以很好地将电极形状复制在工件上，加工精度高，常用作微细、精密零件或模具的生产制造。但加工表面存在再铸层，会降低零件的疲劳寿命。电化学加工利用阳极溶解原理去除材料，加工过程无热应力，也不存在电极损耗。但对流场控制要求严格，可能造成局部区域的杂散腐蚀和过溶解。
[0004]为了结合二者的优点并减轻其不利影响，2013年9月10日，申请号为201310408696.7的中国专利公开了微小孔电火花
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电解异区同步复合加工方法及其专用工具，该专利技术以管状电极为工具进行电火花电解同步加工微小孔，在低电导率盐溶液和脉冲电源下结合了电火花加工和电化学加工。实现了小孔的高精度加工并利用电化学溶解了孔侧壁的再铸层。但也正是由于低电导率盐溶液和脉冲电源，导致电火花加工效率和电化学的溶解速率都不高。
[0005]电弧加工是电火花加工的一项延伸技术，但利用更高更集中的电弧放电快速去除材料，加工效率远高于电火花加工。但相应地，产生了更严重的表面缺陷和更厚的再铸层。为了解决这种问题，2021年2月24日，申请号为202110203858.8的中国专利公开了一种短电弧
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电化学复合铣削钛合金加工方法及系统，在直流电源下，利用压缩空气和高浓度电解液的双特性混合介质实现了电弧高效去除材料的同时，利用强电化学作用溶解去除表面再铸层。但该方法仅针对铣削加工非常有效，因为管电极内孔的冲液可以保证加工表面持续受到电化学溶解作用。
[0006]而在钻孔过程中，采用管电极使冲液主要作用在电极端面，部分电解液返流使孔侧壁受到电化学溶解，溶解效果被削弱。此外，短电弧
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电化学复合加工加工速率较高，电极与工件之间的作用时间更短，因此很难完全去除孔壁再铸层。如何利用电弧的高效加工优势和电化学的溶解特性，实现难加工材料高效高质量、无再铸层的孔加工对航空制造技术的应用和发展具有十分重要的意义和工程应用价值。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对电火花制孔过程中存在再铸层缺陷，且加工效率较低，将高效短电弧加工和光整电化学加工结合起来，同时针对同步加工小孔时出现的侧面缺液和电化学溶解时间不足等问题，提供了一种短电弧
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电化学顺序制孔方法及专用工具，通过顺序加工和改变工具电极的流道结构实现高效高质量、无再铸层的孔加工。
[0008]一种短电弧
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电化学顺序制孔方法及专用工具，其特征在于，包括：步骤1，管状电极作为工具电极沿Z轴向工件进给，期间电极持续旋转以利于断弧，同时接通直流电源，通过所述电极内孔以内冲液的方式冲入压缩空气
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高浓度电解液的混合介质，当达到放电间隙时，产生电弧放电快速去除材料，并利用所述高浓度电解液返流使侧壁部分再铸层被溶解；步骤2，当电极贯穿工件形成通孔后，迅速抬刀，更换电极为端部封闭、侧壁开孔的电极，将所述侧壁开孔电极完全伸入通孔，同时关闭压缩空气入口，利用高浓度电解液与侧壁发生强电化学溶解作用，快速去除再铸层并扩孔；步骤3，控制电极进行小幅度地上下平动，使冲液沿电极侧壁孔更多地接触通孔侧壁，扩大电化学溶解面积，并均匀地去除再铸层；步骤4，待电化学扩孔达到预成型尺寸时，再铸层被完全溶解，关闭电源和电解液入口，将电极沿Z轴后退，实现侧壁无再铸层孔的高效高质量加工。
[0009]进一步地，所述管状电极的外径尺寸低于预成型孔尺寸；所述管状电极材料为高熔点的高纯石墨。
[0010]进一步地，所述压缩空气的压力大于0.2MPa；所述电解液为氯化钠、硝酸钠、次氯酸钠的中性盐溶液中的一种或几种的组合，且浓度不低于10%；所述压缩空气和电解液通过三通阀门控制并汇合共同进入电极内孔。
[0011]进一步地，所述管状电极的进给速度为5
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8mm/min；所述管状电极的旋转速度为1000
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1500rpm。
[0012]进一步地，所述侧壁开孔电极的端部封闭；所述侧壁开孔电极的外径与所述管状电极外径相同；所述所述侧壁开孔电极的材料为高导电性紫铜。
[0013]进一步地，所述侧壁开孔电极的孔径一致；所述开孔数量沿电极深度方向逐渐增加且逐渐密集。
[0014]进一步地，所述侧壁开孔电极的旋转速度为1000
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1500rpm；所述侧壁开孔电极的上下平移距离根据孔加工深度确定，为加工深度的15%
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20%；所述侧壁开孔电极的上下平移速度为0.5
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1mm/min。
[0015]本专利技术的有益效果在于：1）采用短电弧
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电化学复合加工和高速电化学加工的顺序模式，避免了同步加工存在的侧面缺液问题导致的溶解不均，也解决了同步加工过程中沿孔深度方向溶解时间不一致导致的锥度问题。此外，兼顾了短电弧高效加工和电化学光整加工的优势，初步利用复合加工高速成型并削弱再铸层，为后续电化学加工减小溶解余量，缩短加工时间；后续的电化学加工可以完全去除孔壁再铸层并光整表面。
[0016]2）在短电弧
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电化学复合加工中采用管状电极，并通入高压的压缩空气和高浓度的电解液，在直流电源的激励下，产生高能量电弧放电，电极可以快速进给，更快地去除材
料，空气和电解液的混合介质从电极内孔冲出，正对加工区域，给电极端面区域同时提供介电和溶解环境，去除材料区域刚好符合孔的成型特征。此外，高压的混合介质促进间隙流场流动，加速加工产物从端面区域沿侧面间隙排出，保证加工稳定性，在这个过程中，电极也高速旋转，以利于拉断电弧并再次增强流体流动，进一步提高加工过程的稳定性。在混合介质沿侧面间隙返流的过程中，高浓度电解液促进初步电化学加工，削弱了侧壁的再铸层，为后续高速电化学加工减小了溶解余量。
[0017]3）在第二步高速电化学加工中，电极直接停留在初步成型的孔中，仅进行侧壁的电化学加工。加工时压缩空气入口被关闭，高浓度的电解液进一步提高电化学溶解速率。采用端部封闭且侧壁开孔的电极可以使冲液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种短电弧
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电化学顺序制孔方法及专用工具，其特征在于，包括：步骤1，管状电极作为工具电极沿Z轴向工件进给，期间电极持续旋转以利于断弧，同时接通直流电源，通过所述电极内孔以内冲液的方式冲入压缩空气
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高浓度电解液的混合介质，当达到放电间隙时，产生电弧放电快速去除材料，并利用所述高浓度电解液返流使侧壁部分再铸层被溶解；步骤2，当电极贯穿工件形成通孔后，迅速抬刀，更换电极为端部封闭、侧壁开孔的电极，将所述侧壁开孔电极完全伸入通孔，同时关闭压缩空气入口，利用高浓度电解液与侧壁发生强电化学溶解作用，快速去除再铸层并扩孔；步骤3，控制电极进行小幅度地上下平动，使冲液沿电极侧壁孔更多地接触通孔侧壁，扩大电化学溶解面积，并均匀地去除再铸层；步骤4，待电化学扩孔达到预成型尺寸时，再铸层被完全溶解，关闭电源和电解液入口，将电极沿Z轴后退，实现侧壁无再铸层孔的高效高质量加工。2.根据权利要求1所述的一种短电弧
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电化学顺序制孔方法及专用工具，其特征在于：所述管状电极的外径尺寸低于预成型孔尺寸；所述管状电极材料为高熔点的高纯石墨。3.根据权利要求1所述的一种短电弧
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电化学顺序制孔方法及专用工具，其特征在于：所述压缩空气的压力大于0.2MPa；所述电解液为氯化钠、硝酸钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建平，张晟晟，胡国玉，王立忠，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：