[发明专利]牵引式柔性工具阴极及内部通道电解机械光整方法

说明书

本发明涉及一种牵引式柔性工具阴极及内部通道电解机械光整方法，属于电解铣磨复合加工领域。本发明的工具阴极包括阴极螺栓和柔性摩擦层。加工前，将金属线一端与小球连接，在电解液冲刷压力下，小球带动金属线穿过整个内部通道，再将金属线两端分别固定在放线、收线转轴上。加工时，放线转轴放线，收线转轴收线，金属线移动并带动工具阴极在工件内部通道运动，随后在电解作用、摩擦作用复合作用下，整平通道内壁面。这种新颖的工具阴极形式及运动方式，提高了电解加工的柔性，保证了工具阴极能够顺利加工工件内部通道任一壁面，从而实现构件内部通道的高效电解机械光整加工。

技术领域

本发明涉及一种牵引式柔性工具阴极及内部通道电解机械光整方法，属于电解铣磨复合加工领域。

背景技术

整体构件的使用可以省去零部件之间的连接件，减少零件数量，显著减轻构件重量，使产品的综合性能都大为提高，因此，在航空航天领域、汽车领域、武器装备等领域得到越来越多的应用。例如，英国“狂风”战斗机上的驾驶舱电台防护罩、起落架防护罩和进气口支撑柱均采用了整体构件。然而，对于一些具有复杂内部通道的整体构件，如火箭发动机喷嘴，由于其通道狭窄而弯曲，常规加工难度大，效率低。因此，实现整体构件的高效、快捷加工，已成为先进制造技术研究的热点之一。

增材制造技术，是基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造三维实体零件的一种“自下而上”材料累加的制造方法，与传统制造技术相比，增材制造技术具有柔性高、无模具、周期短、不受零件结构和材料限制等一系列优点，在航天航空、汽车、电子、医疗、军工等领域得到了广泛应用。然而，通过增材制造技术制备的整体构件表层存在粘附层，而且构件表面的粗糙度很难满足工程要求，因此，如何对增材制造后的复杂构件内部通道进行光整加工，成为促进增材制造技术推广和应用的关键技术之一。

传统的机械精加工，其加工精度高，表面质量好，但是受其刀具形式及运动方式的限制，对于复杂构件内部通道，采用直柄刀具时无论采取怎样的加工路径都难以保证达到通道上的所有点，加工可达性差，尤其是三维异形扭曲通道，传统的机械精加工更是无法加工。磨粒流加工技术是最新的机械加工方之一，它采用富含磨砂的具有韧性的半固体载体作为磨料，在压力作用下流经待加工的表面，通过磨料摩擦作用整平加工表面，降低表面粗糙度，以达到精密加工的目的。但是，在磨粒流加工过程中，往往需要设置流道遮挡板以实现对磨粒流动的控制，引导磨粒到达需要加工的表面，这些又限制了磨粒流技术的推广。

电解铣磨加工是采用带磨粒的工具阴极，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过程。加工时，工件接电源正极，工具接电源负极，在两极间通有高速流动的电解液，此时，工件表面发生电化学作用，生成钝化层，从而使材料软化，降低磨削难度。钝化层在磨粒磨削作用下被去除，工件上又露出新的金属表面并被继续电解，如此交替进行，使工件连续地被加工，直至达到一定的尺寸精度与表面粗糙度。尤为重要的是，电解作用是一种非接触式加工，只要接通电源，不论工具阴极形状与运动形式，工件都会受到电解作用，因此，如何创新设计工具阴极形式及运动方式，增加其加工柔性，将其应用到构件内部通道的高效精密加工，有利于促进电解铣磨技术进一步的发展和应用。

发明内容

为了降低增材制造构件内部通道的表面粗糙度，本发明提出一种牵引式柔性工具阴极及内部通道电解机械光整方法，利用电解作用和摩擦作用，实现构件内部通道的高效光整加工。

一种牵引式柔性工具阴极，其特征在于：包括阴极螺栓、柔性摩擦层、螺母、金属线；上述阴极螺栓前端为螺纹段，中间为光杆，后端为头部；螺纹段经过绝缘处理，形成绝缘前端；头部开设头部凹槽并且头部经过绝缘处理；上述螺母上开设螺母凹槽并且螺母经过绝缘处理；上述柔性摩擦层为疏松绝缘材质，其最外层镶嵌有硬质磨粒；上述金属线可缠绕于光杆；上述柔性摩擦层可包裹阴极螺栓与金属线，并被螺母压紧固定在阴极螺栓上；此时金属线两端分别通过头部凹槽与螺母凹槽引出；此时处于柔性摩擦层外面的金属线上包裹绝缘护套。