[发明专利]回转体表面凸台结构成形的工具电极及其方法

说明书

本发明涉及回转体表面凸台结构成形的工具电极及其方法，属电解领域。采用回转体工具电极，电极表面开有不贯穿的窗口，窗口内部仅侧壁绝缘；底部为导电的凸面结构。在凸台加工过程中，凸台在即将转入和转出工具电极窗口时受电极表面圆弧面电场作用，凸台顶部两侧的电场比凸台中间的电场强，导致凸台两侧材料溶解量偏多，凸台轮廓呈现中间高两边低。通过将工具电极窗口底部设计成中间凸面结构，改变凸台转入工具电极窗口内部时凸台顶部中间的电场，主动腐蚀凸台顶部，维持凸台顶部材料溶解均匀；通过将工具电极窗口顶部边缘设计成圆角，在电场作用下能够有效控制凸台根部圆角的大小；从而实现凸台高度和凸台轮廓的精确可控。

技术领域

回转体表面凸台结构成形的工具电极及其方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

电解加工是利用电化学反应快速去除工件材料。与传统机械加工方式相比,电解加工为非接触加工,在加工过程中无刀具损耗、无残余应力、无冷作硬化、无塑性变形、表面粗糙度低等优点。因此电解加工适用于薄壁零件、空间复杂曲面以及难切削的高温合金材料的加工。

机匣是航空发动机不可缺少的一类零件，起着支撑转子，固定静子和保护核心内部结构的作用，多为大型薄壁回转体结构，且表面存在复杂轮廓的凹凸结构。为满足高温、高压的工作要求，材料多采用高温合金、钛合金等难加工材料。在实际生产中，机匣零件的加工以传统数控铣削为主，其加工工序繁琐，加工周期长，刀具消耗量大，加工成本高；由于材料本身较差的机械加工性能，加工过程中的切削力使机匣零件变形严重，加工完成后残余应力大，工件易变形，需经过复杂的热处理工艺来消除变形。为解决薄壁机匣零件的加工难题，南京航空航天大学提出了一种新型的航空发动机薄璧机匣电解加工方法（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），该方法（也被称为旋印电解加工方法）只使用单一回转体工具电极即可实现复杂型面的一次性加工成型。与传统的采用多个电极分度、分块、分工步加工的机匣电解加工方式相比，加工工序更为简单。此方法克服了传统电解加工工具设计困难、需后续去除“进出口痕迹”、加工工件易变形等问题，实现高效、高质量、低成本电解加工。

常规旋印电解工具电极通常采用镂空窗口或内壁全部绝缘的凹腔，凸台表面受到杂散腐蚀影响，凸台高度往往小于进给深度，凸台高度和顶部轮廓精度难以保证。在专利“回转体表面凸台结构电解加工双极性电极及其电解加工方法”（申请号 201610022855.3申请人南京航空航天大学，发明人朱增伟朱荻王登勇王宁峰）中，采用双极性电极，通过电子负载给辅助电极与工件阳极间施加恒定的正电势差，改变加工区凸台表面的电场分布，消除凸台表面的杂散电流，起到保护凸台表面不受杂散腐蚀的作用。在专利“电解加工中利用钝化性金属涂层保护非加工工件表面方法”（申请号201410525749.8申请人南京航空航天大学，发明人王登勇鲍均朱增伟朱荻）中，采用钝化性金属涂层，利用其在钝性电解液中加工时溶解速度随电流密度增高呈非线性增长的特性，保护非加工区域不受杂散腐蚀的影响。

上述专利中双极性电极和钝化性金属涂层都是通过控制非加工区的杂散腐蚀来提高旋印电解加工凸台的成型精度，但是具体实施起来比较繁琐，难以实现完全消除杂散腐蚀，因此有必要设计一种结构简单的新型电极以提高回转体表面的凸台加工成形精度。

发明内容

本发明旨在能够通过主动腐蚀回转体表面凸台顶部，实现凸台高度和凸台轮廓的精确可控，设计一种用于回转体表面凸台成形轮廓控制的工具电极窗口结构及其电解加工方法。

一种回转体表面凸台结构成形的工具电极，其特征在于：工具电极为圆环形结构，其窗口为不贯穿的凹腔结构，窗口底部为凸面；凹腔结构中的窗口的左右两个窗口侧壁与窗口角度中心线平行；且窗口侧壁与工具电极圆弧面间以窗口外圆角过渡连接；且窗口侧壁与窗口底部凸面以窗口内圆角过渡连接；其中窗口的深度H是指在角度中心线上，工具电极圆弧面的延长线和凸面之间的距离，凸面高度h是指在角度中心线上，凸面到窗口内圆角公切线之间的距离。工具电极整体采用导电金属材料，其中窗口侧壁、窗口内圆角处均涂覆有电绝缘材料。