[发明专利]提高电解铣磨加工底面平面度的工具阴极及方法

说明书

本发明涉及一种提高电解铣磨加工底面平面度的工具阴极及方法，属于电解铣磨复合加工领域。本发明的工具阴极侧壁有导电磨粒层和绝缘磨粒层，且底面绝缘。工作时，底面绝缘层降低了加工底面中部区域的电流密度，侧壁绝缘磨粒层可以降低底面边缘区域的电流密度，从而改善了电解铣磨加工时底面电流密度差异大的问题，进而提高电解铣磨加工的底面平面度。

技术领域

本发明涉及一种提高电解铣磨加工底面平面度的工具阴极及方法，属于电解铣磨复合加工领域。

背景技术

随着航空、航天领域发展的需求，采用钛合金、高温合金等比强度高、耐热性好的材料制备的零件得到越来越多的应用。例如，只有通过使用钛合金制造的压气机盘和叶片，减轻航空发动机的重量，才能使其推重比达到8以上；GH4169合金分别占了CF6发动机、CY2000发动机和PW4000发动机总重量的34%、56%和57%。然而，由于这些材料的硬度高、导热能力差、变形系数小等特点，机械加工时切削力大、加工区域温度高，刀具磨损严重，尤其是加工特征复杂、结构轻薄的零件时，如航空发动机的燃烧室薄壁机匣，其从毛坯加工成零件的材料去除比一般可高达60%～80%，更是给制造技术带来了诸多挑战。

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，其与阳极工件加工间隙内的电解液由外置的喷嘴提供。通电加工时，工件表面层的金属发生电化学阳极溶解并生成一层硬度较小的氧化层，随即被导电砂轮上的磨粒刮除，露出新的金属表面并再次被电解，如此反复进行，直到达到需要的加工要求。在电解磨削加工过程中，金属材料主要是以离子形式去除，磨削力比机械磨削时小的多，因此工具的磨损非常小，材料加工后的热损伤也小，非常适用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，电解磨削时的切深小，效率低，加工柔性差，不利于该技术的应用。

为了改善这一难题，电解铣磨加工技术被提出，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，数控铣削的方式能够大大提高加工的柔性，方便对型面、型腔、薄壁和凸台等结构的展成加工。不仅如此，棒状磨头由于形状简单，可以实现内喷液式的供液，解决了大切深时外喷液供液方式下的加工区域内电解液不足、产物难以及时冲走的问题，提高了单次走刀时所能去除的材料厚度，显著提高了材料的去除率，进一步提高了电解铣磨加工的效率。

目前，内喷液电解铣磨加工的工具阴极通常为圆形电极，制备时先在工具阴极中心加工出盲孔作为入液口，然后在基体侧壁加工出若干喷液口，最后再在基体有效加工区域电镀金刚石磨粒。采用这种结构的阴极进行电解铣磨平面加工时，由于阴极底部和工件之间的电解作用，使得工件表面已加工表面发生二次电解，造成工件材料的进一步蚀除和杂散腐蚀，最终加工出的平面往往呈现出下凹结构，降低了加工底面的平整度。在专利CN105921834A中提到了在底面开设绝缘槽的工具阴极，但是受其侧壁及底面外圈导电的影响，电解铣磨加工后，与工具底面外边缘相对的工件表面出现了明显的下凹，底面的平面度仍然较差。因此，如何提高加工底面的平面度，对于电解铣磨技术的推广和应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高电解铣磨加工底面平面度的工具阴极，用于减小电解铣磨加工中已加工底面的二次电解，提高底面平面度。

一种提高电解铣磨加工底面平面度的工具阴极，其特征在于：所述工具阴极底面进行绝缘处理，形成底面绝缘层；所述工具阴极侧壁下端分成上、下两个区域；侧壁下端上方区域通过电镀方式镶嵌金刚石磨粒，形成导电磨粒层；侧壁下端下方区域通过树脂粘结剂镶嵌金刚石磨粒，形成绝缘磨粒层；所述工具阴极中心有盲孔，侧壁分布若干与盲孔连通的喷液孔。