[发明专利]放电电化学-磨削顺序循环复合加工工具电极及加工方法

说明书

本发明涉及一种放电电化学‑磨削顺序循环复合加工工具电极及加工方法，属于复合加工领域。本发明提出了放电‑电化学复合协同磨削加工方法，放电‑电化学作用和磨削作用交替作用在工件材料，加工顺序依次为放电电化学粗加工、磨削粗加工、放电电化学精加工、磨削精加工，实现了对工件型面的高效精密加工，避免了因工具电极更换而产生的加工误差，同时将工具电极运动与脉冲电源施加方式、脉冲电源参数耦合，避免了无效功率的输出，提高了能量利用率，有利于获得更高的加工效率。同时，工具电极采用组合式装夹方式，不同电极部分可装卸，电极本体无需更换，降低了加工成本。

技术领域

本发明涉及一种放电电化学-磨削顺序循环复合加工工具电极及加工方法，属于复合加工领域。

背景技术

随着航空航天事业的发展，对于高温合金、钛合金及复合材料等难加工材料航空航天结构件的需求越来越大。比如，中国火星车“祝融号”车身承载结构、机械运动机构、探测器结构等几十种零部件采用了多种不同碳化硅含量的SiC_p/，C919飞机的机翼、中央翼、机身蒙皮等都采用钛合金材料制备，F110，F404和F414发动机则选用Hastelloy X镍基高温合金。然而，采用传统的机械切削加工方法加工此类难加工材料时，存在加工效率低、刀具磨损严重、加工表面质量差等缺陷，这限制了难加工材料在航空航天领域的进一步推广和应用。

放电加工是基于工具电极和工件之间火花放电时产生的电腐蚀现象来蚀除工件材料，具有加工效率高、加工不存在宏观切削力等特点。只有当加工间隙达到数十微米时，加工间隙内才会产生火花放电，而加工过程中会产生大量火花放电产物，大量火花放电产物积聚在加工间隙内，导致间隙内工作液不能迅速恢复到初始介电状态，影响火花放电的稳定进行，降低了放电加工的效率和工件表面质量。

电解加工是基于电化学阳极溶解原理，实现对工件材料的成型加工工艺，具有加工表面质量高、表面无残余应力等特点。然而，与放电加工相比，电解加工的材料去除率较低，只能达到数百mm³/min，难以满足大型结构件高效加工的制造要求；与磨削加工相比，电解加工表面存在严重的杂散腐蚀，加工定域性差，不能保证较高的加工精度。

磨削加工是利用砂轮中的微磨粒对工件表面的微切削作用，实现工件材料的去除，磨削加工具有加工精度高，表面质量好等特点。磨削加工是一种精加工工艺，通常作为零件加工的最终阶段，因此磨削加工的加工余量很小，磨削加工的材料去除率很低，不能满足大型结构件高效加工的制造要求。

因此，面向航空航天领域迅速发展的难加工材料构件高效精密制造需求，亟需兼顾加工效率和表面质量的创新加工方法。

发明内容

为了获得更高的加工效率和更好的表面质量，本发明提出了一种放电电化学-磨削顺序循环复合加工工具电极及加工方法，将工件电极结构、工具电极运动与脉冲电源施加方式耦合，将放电-电化学作用和磨削作用原位组合，达到高效精密的加工效果。

一种放电电化学-磨削顺序循环复合加工工具电极，其特征在于：工具电极为内部中空的回转体电极，包括放电-电化学粗加工电极、粗磨削片、放电-电化学精加工电极、精磨削片和工具电极本体，各部分的半径分别为R₁、R₂、R₃、R₄和R₀，且半径关系分别为R₀＜R₃＜R₁＜R₄＜R₂；放电-电化学粗加工电极、粗磨削片、放电-电化学精加工电极、精磨削片对应圆心角分别为β₁、β₂、β₃和β₄，各部分对应圆心角均小于等于90度，且对应圆心角可调。