[发明专利]电解铣磨高效粗精加工一体化加工方法

说明书

本发明涉及一种电解铣磨高效粗精加工一体化技术及工具阴极，属于电解铣磨复合加工领域。本发明提出的技术，在于使用带有金刚石磨粒的工具阴极，粗加工时，采用20V以上的加工电压，在电解作用主导下材料被高效的大余量去除，精加工时，先采用5V以下的加工电压，电解作用仅用于在工件表面生成钝化膜，软化材料表面，随后被金刚石磨粒的磨削作用去除，初步整平粗加工时凹凸不平的加工表面，再将加工电压调为0，仅靠金刚石磨粒磨削作用去除工件表面残留的电解作用痕迹，进一步提高加工精度，改善表面质量。本发明提供的方法不用更换工具，采用同一工具即可实现难加工材料的高效粗精加工，不存在更换工艺引起的定位误差，能够有效提高工件加工的效率和精度，延长刀具的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种电解铣磨高效粗精加工一体化加工方法，属于电解铣磨复合加工领域。

背景技术

随着航空航天事业的发展，越来越多的航空航天零件开始由高温合金、钛合金等难加工材料制备，例如，为了使航空发动机的推重比达到8以上，必须采用钛合金制造压气机盘和叶片；CF6发动机、CY2000发动机和PW4000发动机中GH4169的质量分数分别达到了34％、56％和57％。然而，对于一些加工特征复杂、结构轻薄的零件，如航空发动机的燃烧室薄壁机匣，不仅其从毛坯加工成零件的材料去除比可高达60％～80％，而且对加工精度也有很高的要求。因此，低的加工效率和表面质量已经无法满足日渐增长的加工需求，这给现代制造业的发展带来了诸多挑战。

采用传统的机械切削加工高温合金、钛合金等难加工材料时，由于材料的硬度高、导热系数低，去除材料时具有切削力大、切削温度高等问题，增加了材料去除的难度和成本，尤其是对薄壁件进行大余量去除加工时，刀具磨损更是严重，大大增加了制造成本和周期，而且由于壁厚较小容易产生加工变形，降低了零件的合格率。电解加工是利用金属工件在电解液中发生阳极溶解的原理来去除材料，具有刀具无损耗、加工效率高、无加工应力等优点，其对难切削材料的去除速度是一般机械加工的5～10倍，能够实现高效的大余量去除，但是由于其非接触式的加工方式，零件加工精度较低，需要更换工艺进行后续的精加工处理。采用电火花加工，具有比电解加工更高的成形精度，但是其加工效率十分有限，而且加工表面易形成再铸层和热影响区，损害整体零件的工作寿命，增加了使用成本。因此，如何用同一工艺实现零件的高效、低成本粗加工和高精度加工，减少二次装夹定位带来的加工误差，对于缩短零件的制造周期、降低制造成本、提高加工精度，都有着重要意义。

为了改善这一难题，电解铣磨技术被提出，即采用形状简单的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加工机理实现工件的材料去除。电解铣磨加工时，常采用外喷液和内喷液两种供液方式，其中外喷式供液通过外接喷嘴向加工间隙内喷射电解液，当加工深度较大时，由于加工间隙内的流阻很大导致电解液很难及时的充满整个加工间隙，造成加工区域供液不足而发生火花放电甚至短路，限制了材料去除率的提高，而内喷式供液则是在工具阴极内开设电解液流动孔道及喷液孔，从而将工具阴极与电解液系统直接连接起来，使电解液通过喷液孔可以直接喷射到工件加工表面，在加工间隙内形成稳定、均匀的流场，能够及时的带走电解加工产生的焦耳热、难溶产物的等，因此，内喷式供液能够显著提高电解铣磨加工的工具阴极切削深度，增加了加工面积，有利于提高电解铣磨加工效率。

电解铣磨加工使用的工具阴极带有金刚石磨粒，用于磨削工件表面，弥补电解加工精度较低、表面质量差的问题。然而，随着为了提高加工效率而不断增强的电解作用，工件和工具阴极的加工间隙也随之增加，加大了加工的过切量，在加工表面也留下了严重的杂散腐蚀，而且间隙的增加引起金刚石磨粒和工件的接触深度减小，甚至没有接触，磨削作用大大减弱，无法起到提高加工精度的目的，因此，如何调节电解铣磨加工工艺流程，使其既能实现高效的材料去除，又能达到提高加工精度和表面质量的效果，对于电解铣磨加工工艺的发展至关重要。

发明内容