[發明專利]一種集成式螺旋工具電極及其多電位電解銑磨加工方法

有效

• 申請號: 202010937550.1
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112091339B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 明平美;牛屾;張新民;王思儒;李欣潮;張云燕;王偉;鄭興帥;閆亮;秦歌;趙斐
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: B23H5/10
• 分類號: B23H5/10;B23H5/08;B23H11/00
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本發明涉及一種集成式螺旋工具電極及其多電位電解銑磨加工方法，屬于電解磨削復合加工領域。集成式螺旋工具電極的刀頭前端側壁及端面覆蓋超硬磨料層，刀頭的外周設有螺旋導流槽，螺旋導流槽的槽內表面鍍覆電絕緣隔層，電絕緣隔層上外敷惰性金屬導電層，槽間肋外圓周面為裸露的工具電極基體。在多電位電解銑磨加工過程中，設置惰性金屬導電層的正電位值低于工件的正電位值，超硬磨料層與工具電極基體的電位值均為0V，使電化學陽極溶解反應被高度限定在加工區，同時顯著增強已加工表面的鈍化效果，并加快加工副產物排除過程。本發明可有效改善雜散電流主動抑制效果，提高電解銑磨加工極易鈍化金屬微小零件的加工定域性及穩定性。

技術領域

本發明涉及一種集成式螺旋工具電極及其多電位電解銑磨加工方法，屬于電解磨削復合加工領域。

背景技術

非晶合金、鈦合金以其卓越的物理、化學和力學性能，在金屬微小零件領域已經并將繼續展現出極具誘惑力的應用前景。近十年來，非晶合金、鈦合金在醫療器械等行業的需求日益旺盛且迫切，其精密與微細加工也發展為備受關注的前沿熱點研究領域。但是，它們均屬于難加工金屬材料, 基于減材原理的非晶合金及鈦合金精微加工尚未獲得突破性進展，包括機械微加工、高能束（激光束、電子束、電火花等）微加工、電化學微加工等在內的精微加工技術仍未見商用報道,這嚴重制約上述金屬材料巨大應用潛能的充分釋放。

電解銑磨加工是采用棒狀帶磨料的工具為陰極，以類似數控銑削加工的方式，通過電化學陽極溶解作用和機械磨削作用相復合實現材料去除。它因應易鈍化高硬、高強金屬材料航空航天整體結構件的制造需求而開發出來，融合集成數控銑削加工、電解加工和機械磨削加工于一體，以期獲得高效率、高加工柔性、高精度、優質加工面的綜合效果。在這方面，其已在電解銑磨加工鎳基高溫合金所獲研究結果中得到了充分的驗證。但是，該技術在微尺度加工領域的可行性尚未得到研究驗證，尤其是在非晶合金、鈦合金微小零件加工方面仍為國際研究空白領域。

電解銑磨加工非晶合金及鈦合金微小零件面臨兩大棘手難題：一是非晶合金及鈦合金在水溶液中表面極易自鈍化成膜，但這種自然而成的鈍化膜并不十分致密，常常彌散分布有大量微孔，在雜散電流條件下極易出現非加工區雜散腐蝕和已加工面再腐蝕現象，導致加工表面質量變差、加工精度降低；二是非晶合金及鈦合金不溶性電解產物多、體積大、黏附力強，使得加工易發生短路，加工穩定性較差，加工效率較低。針對上述問題，河南理工大學的牛屾等提出了一種側壁全域陽極化的螺旋工具電極（專利申請號：CN202010695586.3），即在設有螺旋槽的工具頭側壁外表面上完全覆蓋與之電絕緣的惰性金屬層（如金或鈦），并通過調配惰性金屬層與工件的正電位差值（5V~30V），使惰性金屬層電位高于工件電位，以吸引工具頭端部磨料層在加工位置附近的非加工區輻射的電場，從而抑制非加工表面的雜散腐蝕，與此同時，不溶性電解產物可以借助于螺旋槽的螺旋輸送作用，加快其往外排出的過程，進而增強工具頭排除產物的能力。

但是，該專利方案（專利申請號：CN202010695586.3）仍然具有一定的局限性：第一，當被加工工件材料與惰性金屬層材料的主要成分相同時（如為鈦合金和鈦），由于惰性金屬層所帶的正電位值更高，在加工過程中會優先發生電化學反應，造成惰性金屬層腐蝕溶解，失去對雜散腐蝕的抑制作用；第二，當多次走刀加工窄槽、深腔等大深寬比結構時，前一次走刀產生的已加工表面上自然氧化而成的疏松多孔的鈍化膜，不利于后一次走刀中該表面上材料高度局域化地被溶解去除，從而制約了加工精度的提高；第三，當較大磨削力或者較強電解液沖刷作用時，這種側壁全域陽極化的方式會使惰性金屬層邊緣容易發生剝離、脫落，繼而導致已加工面的再腐蝕。因此，探索更有效的能夠主動抑制雜散電流的工具電極及方法，對于電解銑磨加工在非晶合金及鈦合金微小零件制造領域的推廣，具有十分重要的意義。

發明內容

本發明在于，針對上述問題，提出一種集成式螺旋工具電極及其多電位電解銑磨加工方法，以獲得更有效的雜散電流主動抑制效果。