[发明专利]自适应工具阴极及复杂内通道电解光整加工方法

说明书

本发明提出了一种自适应工具阴极及复杂内通道电解光整加工方法，属于特种加工技术领域。所述自适应工具阴极由耐磨尼龙袋、定位钢球、定位螺钉、自适应钢珠、紧箍及导电柱组成。紧箍将自适应钢珠和定位钢球密封在布袋内，形成一个下部为圆柱体、上部为圆锥体的分级式粮仓形工具阴极。自适应钢珠可在密闭尼龙袋内滚动，以自适应内通道截面变化。导电柱通过导电软轴和机床主轴固结，在主轴驱动下实现柔性阴极在内通道轴向往复进给，完成复杂内通道的电解光整加工。这种新颖的自适应工具阴极柔性好，可自适应圆形、矩形及菱形等任何恒截面和各种变截面复杂内通道，提高电解加工的可达性，实现复杂内通道电解光整加工。

技术领域

本发明涉及一种自适应工具阴极及复杂内通道电解光整加工方法，属于特种加工技术领域。

背景技术

金属增材制造技术可实现金属复杂构件的成形和多个零部件的集约化，做到完全以产品性能为导向对复杂结构件进行结构重塑，设计更加自由，一体成型，被应用于航空航天、生物医疗、液压及模具制造等领域关键复杂和高性能金属零部件的制造。例如美国航天局在2015年利用增材制造技术加工出GRCo-84铜合金发动机燃烧室，其内外壁之间具有200多个复杂的通道，这些通道为变截面的三维异形扭曲结构。

目前金属增材制造技术不仅可实现圆形、矩形和菱形等恒截面内通道，还可以实现截面形状随内通道轴向变化的变截面内通道的成形制造，内通道轴线还可以是弯曲轨迹。但是这些复杂的增材制造内通道零件表面由于粘附大量未完全熔化粉末、挂渣颗粒及球化效应，同时层与层之间熔合不良且有台阶，导致金属零件表面粗糙度高，往往不能满足零部件的设计要求。因此，金属增材制造构件复杂内通道需经过光整处理后才能最大程度地发挥其应有的性能。现阶段主要的光整技术有机械抛光、磁力抛光、磨粒流及激光光整等，这些技术对于简单通道可基本满足要求，但对于变截面通道、薄壁构件通道以及复杂弯曲通道等尚存在较大不足，容易出现去除量不均匀、内通道壁面破损等现象。

电解光整加工具有加工效率高、工具电极不损耗、加工无应力、表面完整性好等特点，且电解加工是一种非接触式加工，不受工具阴极形状和运动形式限制。因此，创新设计工具阴极形式及运动方式，提高工具阴极可达性和柔性，可实现金属增材制造构件复杂内部通道的光整加工。

发明内容

为提高金属增材制造构件内通道表面质量，本发明提出一种自适应工具阴极及复杂内通道电解光整加工方法，利用微球单元在耐磨布袋内滚动形成柔性阴极，以自适应圆形、矩形及菱形等任何恒截面和各种变截面复杂内通道，提高电解加工的可达性，实现复杂内通道电解光整加工。

一种自适应工具阴极，包括耐磨尼龙布袋、定位钢球、自适应钢珠、紧箍及导电柱;

上述定位钢球置于尼龙布袋底部中间位置,自适应钢珠紧密堆积在定位钢球周围;上述导电柱下端通过螺纹和定位钢球上部固结，

上述紧箍沿导电柱圆周将耐磨尼龙布袋密封，同时将定位钢球和自适应钢珠密封箍紧，形成一个下部为圆柱体、上部为圆锥体的分级式粮仓形工具阴极。

利用上述的自适应工具阴极电解光整加工复杂内通道方法，包括以下过程：

1）复杂内通道工件通过夹具安装固定到机床工作台上，自适应工具阴极置于内通道工件中，并准确定位安装到工件的待加工区域；

2）自适应钢珠可在耐磨尼龙布袋内滚动，沿导电柱轴向上下调整紧箍的位置，自适应形成和内通道截面形状一致的工具阴极；

3）将自适应工具阴极通过上方的第一导电软轴与第一机床主轴连接，通过下方的第二导电软轴与第二机床主轴连接，并调节第一机床主轴和第二机床主轴与内通道工件位置，使第一导电软轴和第二导电软轴上有一定的预张紧力；

4）将自适应工具阴极接电源负极，所加工内通道工件接电源正极；