[發明專利]自適應工具陰極及復雜內通道電解光整加工方法

有效

• 申請號: 202110334098.4
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113231703B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 朱荻;王登勇;安林超
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23H3/04
• 分類號: B23H3/04;B23H9/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明提出了一種自適應工具陰極及復雜內通道電解光整加工方法，屬于特種加工技術領域。所述自適應工具陰極由耐磨尼龍袋、定位鋼球、定位螺釘、自適應鋼珠、緊箍及導電柱組成。緊箍將自適應鋼珠和定位鋼球密封在布袋內，形成一個下部為圓柱體、上部為圓錐體的分級式糧倉形工具陰極。自適應鋼珠可在密閉尼龍袋內滾動，以自適應內通道截面變化。導電柱通過導電軟軸和機床主軸固結，在主軸驅動下實現柔性陰極在內通道軸向往復進給，完成復雜內通道的電解光整加工。這種新穎的自適應工具陰極柔性好，可自適應圓形、矩形及菱形等任何恒截面和各種變截面復雜內通道，提高電解加工的可達性，實現復雜內通道電解光整加工。

技術領域

本發明涉及一種自適應工具陰極及復雜內通道電解光整加工方法，屬于特種加工技術領域。

背景技術

金屬增材制造技術可實現金屬復雜構件的成形和多個零部件的集約化，做到完全以產品性能為導向對復雜結構件進行結構重塑，設計更加自由，一體成型，被應用于航空航天、生物醫療、液壓及模具制造等領域關鍵復雜和高性能金屬零部件的制造。例如美國航天局在2015年利用增材制造技術加工出GRCo-84銅合金發動機燃燒室，其內外壁之間具有200多個復雜的通道，這些通道為變截面的三維異形扭曲結構。

目前金屬增材制造技術不僅可實現圓形、矩形和菱形等恒截面內通道，還可以實現截面形狀隨內通道軸向變化的變截面內通道的成形制造，內通道軸線還可以是彎曲軌跡。但是這些復雜的增材制造內通道零件表面由于粘附大量未完全熔化粉末、掛渣顆粒及球化效應，同時層與層之間熔合不良且有臺階，導致金屬零件表面粗糙度高，往往不能滿足零部件的設計要求。因此，金屬增材制造構件復雜內通道需經過光整處理后才能最大程度地發揮其應有的性能。現階段主要的光整技術有機械拋光、磁力拋光、磨粒流及激光光整等，這些技術對于簡單通道可基本滿足要求，但對于變截面通道、薄壁構件通道以及復雜彎曲通道等尚存在較大不足，容易出現去除量不均勻、內通道壁面破損等現象。

電解光整加工具有加工效率高、工具電極不損耗、加工無應力、表面完整性好等特點，且電解加工是一種非接觸式加工，不受工具陰極形狀和運動形式限制。因此，創新設計工具陰極形式及運動方式，提高工具陰極可達性和柔性，可實現金屬增材制造構件復雜內部通道的光整加工。

發明內容

為提高金屬增材制造構件內通道表面質量，本發明提出一種自適應工具陰極及復雜內通道電解光整加工方法，利用微球單元在耐磨布袋內滾動形成柔性陰極，以自適應圓形、矩形及菱形等任何恒截面和各種變截面復雜內通道，提高電解加工的可達性，實現復雜內通道電解光整加工。

一種自適應工具陰極，包括耐磨尼龍布袋、定位鋼球、自適應鋼珠、緊箍及導電柱;

上述定位鋼球置于尼龍布袋底部中間位置,自適應鋼珠緊密堆積在定位鋼球周圍;上述導電柱下端通過螺紋和定位鋼球上部固結，

上述緊箍沿導電柱圓周將耐磨尼龍布袋密封，同時將定位鋼球和自適應鋼珠密封箍緊，形成一個下部為圓柱體、上部為圓錐體的分級式糧倉形工具陰極。

利用上述的自適應工具陰極電解光整加工復雜內通道方法，包括以下過程：

1）復雜內通道工件通過夾具安裝固定到機床工作臺上，自適應工具陰極置于內通道工件中，并準確定位安裝到工件的待加工區域；

2）自適應鋼珠可在耐磨尼龍布袋內滾動，沿導電柱軸向上下調整緊箍的位置，自適應形成和內通道截面形狀一致的工具陰極；

3）將自適應工具陰極通過上方的第一導電軟軸與第一機床主軸連接，通過下方的第二導電軟軸與第二機床主軸連接，并調節第一機床主軸和第二機床主軸與內通道工件位置，使第一導電軟軸和第二導電軟軸上有一定的預張緊力；

4）將自適應工具陰極接電源負極，所加工內通道工件接電源正極；