[发明专利]改善电解铣磨加工底面平整性的工具阴极及方法

说明书

本发明涉及一种改善电解铣磨加工底面平整性的工具阴极及方法，属于电解磨削复合加工领域。本发明提出的工具阴极端面分布有若干出水孔并覆盖磨粒层。端面出水孔的半径均相等，圆心位于若干同心圆与直线的交点上。同心圆的圆心为工具阴极端面中心，其半径依次递增。直线均经过端面中心，其数目与同心圆数目相等，且任意相邻两条直线的夹角相等。所有端面出水孔沿一条直线呈对称分布。工作时，由于端面出水孔的作用，电解液向工件已加工底面两侧快速流动，并抑制了在工件已加工底面中间区域的电解液流动，最终可获得平整性较好的工件已加工底面。本发明可有效改善电解铣磨加工的底面平整性，促进该技术的推广和应用。

技术领域

本发明涉及一种改善电解铣磨加工底部平整性的工具阴极及方法，属于电解磨削复合加工领域。

背景技术

随着航空工业的发展，整体结构件在新机型中得到了尽可能多的应用，例如整体机匣、整体叶盘、整体框结构、整体壁板和大梁等。这些整体构件多采用钛合金、镍基高温合金、金属基复合材料等难切削材料，且尺寸大、特征复杂、结构轻薄，具有很高的材料去除比。当采用机械加工技术时，由于切削力大、切削温度高，导致刀具磨损快、零件存在残余应力和变形。虽然电火花加工等热加工技术不产生切削力，但在加工表面会形成再铸层，影响材料的使用性能和疲劳寿命。因此，制造技术的不断革新仍是未来航空工业的重要支撑。

电解铣磨加工是采用棒状磨头作为工具阴极，以类似于立式数控铣削的方式进行加工运动控制，利用电化学阳极溶解和机械磨削的复合作用实现工件材料去除的一种制造技术。电解铣磨加工综合电解加工效率高、铣削加工柔性高、磨削加工表面质量好等优点，对于加工难切削合金材料以及薄壁、凸台、型面、型腔等结构，这种制造工艺有着明显的优势。最初，电解铣磨加工仍然采用外接喷嘴向加工区域提供电解液。随后，内喷液系统也被引入到电解铣磨加工中，即电解液可经刀具侧壁若干出水孔直接喷射到工件待加工表面上。结果，通过合理设计刀具侧壁出水口的布局，可显著提高单次走刀的切削深度，从而进一步改善电解铣磨的加工效率。显然，该制造技术在加工航空整体结构件上有着明显的优势和潜能。

对于采用内喷液液系统的电解铣磨加工，随着工具阴极侧壁连续进给，工件材料被不断去除，一个已加工底面在工具阴极端面下方逐渐形成。然而，由于在加工过程中，一部分电解液需要从工件已加工底面上流出工件，使得该已加工底面与工具阴极之间也构成导电回路，导致已加工表面被杂散电流腐蚀，最终形成一个中部下凹的截面形状。为提高加工平整性，南京航空航天大学的李寒松等提出一种工具阴极(专利申请号：201610391212.6)，即通过在刀具底部预先加工出的凹槽内填充绝缘材料，从而改变工件已加工底面上的电场分布，达到改善平面度的目的。然而，由于该绝缘刀具端部需绝缘，使得出水孔只能分布于侧壁，导致加工仅能从工件侧壁开始，限制了该技术的应用范围。此外，受磨削力、电解液冲刷作用、焦耳热等因素影响，在较大磨削力或较高电流密度加工时，刀具绝缘材料易发生破损，造成工件底面电场重新分布，导致绝缘失效。因此，探索更有效的改善工件底面平整性的工具阴极及方法，对于电解铣磨加工在航空工业的推广，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明在于，针对上述问题，提出一种改善电解铣磨加工底部平整性的工具阴极及方法。