[发明专利]用于旋印电解加工的多窗口回转体工具电极制备方法

说明书

一种用于旋印电解加工的多窗口回转体工具电极制备方法，属于电解加工技术领域。本发明主要针对航空发动机机匣旋印电解加工过程中的工具电极加工制造，包括以下过程：步骤1、3D打印光敏树脂基体；步骤2、基体外表面导电化处理；步骤3、机械去除窗口外表面凸出台阶顶部的导电涂层；步骤4、基体外表面电化学沉积金属导电层；步骤5、车削金属导电层外表面。采用本发明的方法制备工具电极，可以实现旋印电解加工用复杂结构工具电极的快速制备，以及回转体工具电极窗口内部绝缘。

技术领域

用于旋印电解加工的多窗口回转体工具电极制备方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

旋印电解加工是一种利用电化学阳极溶解原理加工具有复杂结构回转体零件的方法，采用具有镂空窗口的回转体作为工具电极，将工件作为阳极，加工时，工件与工具电极以相同的角速度相对旋转，同时工具电极以一定的速度沿工件阳极的径向做进给运动，在电解作用下，阳极工件表面材料不断被溶解，在工具电极表面窗口结构的滚套作用下一次加工出具有复杂凹凸结构的零件（申请号201410547093.X 申请人南京航空航天大学，发明人朱荻朱增伟王宏睿王登勇）。旋印电解加工对于具有复杂凹凸结构的回转体零件加工具有独特优势，尤其适用于加工航空发动机薄壁机匣零件。然而，为满足机匣表面复杂凸台结构的加工需求，在工具电极表面设计的窗口有时不仅数量多，而且形状较为复杂，导致工具电极的制备十分困难。例如，在某类机匣表面有大量阵列扰流柱结构，扰流柱一般为直径2-5mm，高度1-5mm的圆柱形结构，扰流柱数量高达数千个，采用旋印电解加工能够实现阵列扰流柱机匣结构的一次成型。然而，加工该类机匣需要在回转体工具电极表面加工出数量多达数千个的镂空窗口结构，且为了加工出圆柱形扰流柱，所设计的窗口结构形状为“类椭圆形”的不规则图案，该工具电极采用常规切削加工工艺难以完成；此外，为了避免凸台在加工过程中的二次腐蚀，工具电极镂空窗口侧壁需要进行绝缘处理，目前通常采用的陶瓷绝缘或电泳绝缘技术都存在一定的局限性：一方面，在旋印电解加工过程中绝缘涂层容易脱落，导致加工过程的不稳定；另一方面，对于具有阵列扰流柱结构机匣零件，其工具电极窗口不仅尺寸较小且数量庞大，导致其侧壁绝缘工艺十分繁琐，且绝缘层容易脱落，影响旋印电解加工的稳定性和加工精度。

3D打印是一种快速成型技术，是根据零件的形状，每次制作一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后逐层堆叠起来，从而得到所需要的零件。它可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的手段。同时，相较于传统加工，3D打印在复杂结构的制造等方面更具有优势。其中立体光固化成型（SLA）技术是在紫外微光束的逐点扫描作用下，液态光敏树脂发生光聚合反应，固化形成零件的一个薄层，通过逐层叠加，最终获得三维实体模型。立体光固化成型（SLA）技术以其固化速度快、毫米级别的加工精度和加工速度快的优点而被广泛应用。相对于其他3D打印技术，采用立体光固化成型（SLA）技术制作面向熔模精密铸造中具有中空结构的复杂结构时，无需支撑结构，可以降低后续去除支撑层造成的零件变形以及提升表面质量。

电化学沉积技术是在外加电压的作用下，利用金属离子在阴极表面发生还原反应而沉积的原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法，其基体材料一般采用金属材料或经过导电化处理的非金属材料，在其表面沉积一层致密均匀的金属。对于采用立体光固化成型（SLA）技术打印的非金属基体，对其表面进行导电化处理使其具有导电性，然后在其表面进行电化学沉积，沉积一定厚度金属后取出，然后对电沉积后的表面进行处理，得到满足性能要求的工件。

为实现旋印电解加工中具有复杂结构工具电极的高效精确制备，将结合3D打印和电化学沉积技术，提出一种新的工具电极制造方法。

发明内容

本发明的目的在于能够解决机匣旋印电解加工工具电极的制造和窗口结构的内部绝缘问题，提出了一种基于3D打印+电沉积组合方式制备旋印电解加工用多窗口回转体工具电极方法，有助于实现复杂结构工具电极的快速制备，以及实现难加工结构和微小结构的制造及窗口内部绝缘。