[发明专利]可拆卸组合式工具阴极及其电解磨铣加工方法

说明书

本发明涉及一种可拆卸组合式工具阴极及其电解磨铣加工方法，属于电解磨铣复合加工领域。本发明的组合式工具阴极，包括磨头、密封圈和刀杆。其中，磨头的下端侧壁和底面均开有出液孔并电镀有磨粒层，磨头的六角形法兰下端面涂覆有绝缘层，安装时，磨头和刀杆通过螺纹连接，密封圈嵌入刀杆止口槽内。利用本发明提出的工具阴极，可先在工件上表面任意处进行“钻削式”加工至所需深度，再进行“铣削式”加工出所需结构。本发明能显著降低电解磨铣加工的刀具成本，并扩展该技术的应用范围。

技术领域

本发明涉及一种可拆卸组合式工具阴极及其电解磨铣加工方法，属于电解磨削复合加工领域。

背景技术

镍基高温合金、钛合金等金属材料已经被广泛用于航空航天、船舶、石油等工业中。以航空制造业为例，镍基高温合金的使用量已经占到了PW4000发动机总质量的57%，钛合金的使用量已经占到了第四代战斗机F-22总质量的41%。然而，由于这些材料具有高温强度高、导热系数低等特点，使得在切削加工过程中切削力大、切削温度高、刀具磨损严重以及加工硬化显著。同时，由于航空飞机零部件的结构设计特点，大量的材料需要从整块毛坯中去除，这也导致了较高的切削加工成本。因此，低的加工效率和质量无法满足不断增长的加工需求,这给现代制造业的发展带来了诸多挑战。

电解磨削是一种由电解作用和机械磨削作用相复合而实现材料去除的加工方法。传统的电解磨削加工通常采用导电砂轮作为工具阴极，并通过外接喷嘴向加工区域喷射电解液。在电解作用下，工件表面金属发生溶解并生成较软的氧化物薄膜，随即被旋转的砂轮磨粒刮除，又露出新的金属表面并被继续电解，如此反复，直至达到一定的尺寸精度和表面粗糙度。在整个加工过程中，大部分金属材料是以离子形式去除的，因此磨具的损耗较小，非常适合于加工难切削的金属材料。然而，受砂轮结构和供液方式的限制，传统的电解磨削加工柔性和效率较低，这不利于该技术优势的推广。

为改善这一难题，电解磨铣加工被提出，即采用棒状磨头作为工具阴极，以类似数控铣削的方式由磨头电极的旋转运动和工件的进给运动共同形成轮廓的发生线，通过相切法进行成形加工的方法。相比于传统的电解磨削加工，数控铣削方式的引入显著提高了加工的柔性，可实现型面、型腔、薄壁和凸台等结构的加工。最初，电解磨铣加工仍然采用外接喷嘴的方式向加工区域提供电解液。然而，这种供液方式容易导致电解液大部分从工件表面流失，当加工切深较大时，极间间隙中的加工产物难以被及时带走，结果限制了材料去除率的提高。因此，内喷液式电解磨铣加工被进一步提出，电解液可通过磨头内孔直接喷射到加工间隙内，并及时带走加工产物。结果，单次走刀所去除的材料厚度得到显著提高，电解磨铣的加工效率被进一步改善。

目前，内喷液式电解磨铣加工使用的工具阴极多为一体式，即制备时需要先在基体顶部加工出一个盲孔，然后在基体侧壁加工出若干出液孔，最后在基体加工区域电镀金刚石磨粒。由于工具阴极需要具有一定长度以便于安装和定位，导致所加工盲孔的深径比一般较大，在制造时往往非常耗费工时。例如，加工盲孔时，产生的切屑必须及时使用气枪吹出，否则容易进刀受阻甚至造成刀具损坏。此外，在实际生产中，往往有很多结构件的制造是需要从工件上表面开始进行的，但对于电解磨铣加工，由于出液孔通常仅被设计在工具阴极的侧壁，导致工具阴极也只能从工件的侧壁处开始去除材料，限制了该技术的应用范围。结果，这些问题严重制约了电解磨铣加工技术的进一步发展和推广。

发明内容

本发明在于，针对上述问题，提出一种制作成本低、拆卸安装方便的组合式工具阴极及其电解磨铣加工方法，扩展该技术的应用范围。