優(yōu)化異形深孔電解加工工藝

深孔加工在機(jī)械加工領(lǐng)域有著非常重要的地位，約占孔加工總量的40%。而隨著技術(shù)的開展，新式高強(qiáng)度、高硬度和高價(jià)值難加工異形深孔零件更廣泛地出現(xiàn)及應(yīng)用于航空航天、換熱設(shè)備、醫(yī)療器械配件等領(lǐng)域，再加之加工深度、精度以及功率要求的不斷進(jìn)步，如孔徑需求在0.3mm~2mm且形狀不規(guī)則的渦輪葉片氣膜冷卻孔；采用進(jìn)氣道格柵隱身技術(shù)的隱形戰(zhàn)機(jī)中，格柵零件上排布的很多鈦合金傾斜方孔都使得異形深孔加工成為現(xiàn)代機(jī)械制作的要害工序和難點(diǎn)挑戰(zhàn)。

電解加工技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯

關(guān)于深孔加工，運(yùn)用傳統(tǒng)鉆削工藝存在著刀具剛性不足、鉆頭易折斷、切屑難以排出等工藝缺點(diǎn)。運(yùn)用電火花加工工藝，雖然工件資料硬度不受限制，但隨著孔深的添加，電極損耗嚴(yán)峻，加工功率大幅下降，制作本錢明顯添加；孔壁還存有再鑄層，需求運(yùn)用磨粒流機(jī)械研磨加工，不僅精度低，還易存在去除不了的死角。

電解加工是一種創(chuàng)新工藝——利用金屬在電解液中產(chǎn)生電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理對(duì)工件進(jìn)行加工。沒有宏觀“切削力”和“切削熱”的效果，因此工件外表不會(huì)產(chǎn)生像切削加工中所形成的塑性變形層，也不會(huì)產(chǎn)生剩余應(yīng)力，更不會(huì)像電火花在加工面上產(chǎn)生再鑄層，具有很低的外表粗糙度值，關(guān)于難加工資料、異形孔零件的加?xùn)|西有明顯優(yōu)勢(shì)，且批量越大，單件出產(chǎn)本錢越低。

工藝安穩(wěn)性探求

然而，電解加工異形深孔零件時(shí)，加工空隙流場(chǎng)特性會(huì)極大影響電解液流速、壓力、溫度等散布情況，進(jìn)而影響加工部位遍地溶解速率以及電解產(chǎn)品能否及時(shí)排出，終究決定了深孔零件的加工品質(zhì)。因此，合理優(yōu)化電解加工流場(chǎng)不僅能確保加工進(jìn)程的安穩(wěn)性，還能在必定程度上進(jìn)步加工功率和外表質(zhì)量。不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者也曾就如何進(jìn)步電解加工進(jìn)程安穩(wěn)性開展很多研討，南京航空航天大學(xué)浦口先進(jìn)制作研討院作為南京市第一批存案的新式研制組織，在電解加工領(lǐng)域就有著深入研討。

針對(duì)異形深孔電解加工工藝存在的進(jìn)出口流場(chǎng)驟變、加工空隙流場(chǎng)散布不均、工藝安穩(wěn)性相對(duì)較差等問題，南京航空航天大學(xué)薛潤(rùn)榮在趙建社教師的指導(dǎo)和協(xié)助下以深徑比大于10:1的異形孔零件為研討目標(biāo)，對(duì)其加工開端、加工安穩(wěn)、加工穿透的各個(gè)階段流場(chǎng)散布進(jìn)行仿真模擬與優(yōu)化研討，并配合埃馬克（EMAG）電解加工機(jī)床進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)，接連安穩(wěn)地加工出

高精度的異形深孔零件，以期為實(shí)際出產(chǎn)提供必定的學(xué)習(xí)與參閱。

實(shí)驗(yàn)所選取的零件如圖1所示，深徑比為12:1，異形孔入口處為平面，出口處為半通半盲孔。電解加工進(jìn)程中，東西陰極接電源負(fù)極，工件接電源正極，東西陰極以必定速度向下進(jìn)給，電解液高速流過東西陰極與工件形成的加工空隙，帶走加工產(chǎn)品及焦耳熱，工件一側(cè)產(chǎn)生電化學(xué)溶解，完成工件加工成形，東西陰極外側(cè)涂覆絕緣層以避免加工過的孔壁產(chǎn)生二次電解。

流場(chǎng)優(yōu)化研討

加工穿透階段。如圖3所示，異形孔出口處為半通半盲，加工穿透瞬間加工空隙內(nèi)電解液很多缺失，簡(jiǎn)單引發(fā)短路現(xiàn)象導(dǎo)致加工中斷，形成零件報(bào)廢與陰極損害。“針對(duì)以上問題，咱們采取了優(yōu)化陰極通液孔的方法來(lái)改圖1實(shí)驗(yàn)所選取零件示意圖善加工穿透時(shí)的流場(chǎng)散布。”趙教師介紹說(shuō)。

依據(jù)通液孔流道截面積之和大于等于加工空隙流道截面積之和的原則，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)規(guī)劃了如圖4所示的單孔與多孔兩種通液結(jié)構(gòu)。并憑借埃馬克PTS800電解機(jī)床，將它們置于相同條件下進(jìn)行加工穿透階段的比照。終究證明，相比單孔通液結(jié)構(gòu)，多孔通液結(jié)構(gòu)更能夠確保半通半盲孔加工穿透時(shí)，東西陰極與工件外表之間仍有必定流速的電解液經(jīng)過，更有利于加工穿透空隙流場(chǎng)安穩(wěn)性的進(jìn)步。加工開端階段：如圖5（a）所示，由于實(shí)驗(yàn)異形孔入口處為平面，加工空隙流場(chǎng)呈發(fā)散情況，東西陰極開端加工到安穩(wěn)加工的進(jìn)程中流場(chǎng)存在驟變，易產(chǎn)生短路現(xiàn)象，一起會(huì)對(duì)工件外表非加工部位產(chǎn)生雜散腐蝕。為處理這一問題，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)提出了在工件外表放置帶絕緣導(dǎo)流板的方法，如圖5（b）所示，來(lái)削弱流場(chǎng)的發(fā)散程度，一起維護(hù)工件外表非加工部位不產(chǎn)生雜散腐蝕。加工安穩(wěn)階段：進(jìn)入加工安穩(wěn)階段，加工空隙內(nèi)電解液需求具有必定流速，才干滿足排出電解產(chǎn)品與操控溫升的要求。而要想滿足電解液流速需求，設(shè)置合理的電解液進(jìn)出口壓力是要害。“憑借埃馬克PTS800電解機(jī)床可對(duì)加工電源參數(shù)、電解液參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)理操控并及時(shí)取得加工反饋信息的優(yōu)勢(shì)特色，咱們能夠輕松完成不同進(jìn)出口壓力的設(shè)置，并根據(jù)加工情況進(jìn)行探求、調(diào)整，以獲取最合適的參數(shù)。”趙教師介紹說(shuō)。

 實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)先取電解液出口壓力為0MP，進(jìn)口壓力為逐漸遞加的不同數(shù)值進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，隨著進(jìn)口壓力的添加，雖然電解液流速不斷上升，但是相鄰?fù)ㄒ嚎字車呢?fù)壓區(qū)域也在逐漸添加。負(fù)壓區(qū)域添加時(shí)，當(dāng)空隙內(nèi)壓力突降極易形成電解液氣化，氣泡積聚則會(huì)導(dǎo)致空穴現(xiàn)象，然后影響加工順利進(jìn)行。要想消除負(fù)壓區(qū)域，只要恰當(dāng)施加背壓。

 在取不同出口背壓與進(jìn)口壓力值進(jìn)行新一輪探求中，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在重復(fù)的比照分析后終于找到了既能滿足電解液流速規(guī)劃要求，也能大大下降負(fù)壓區(qū)域的合理參數(shù)。

復(fù)合進(jìn)給對(duì)流場(chǎng)影響

經(jīng)過添加背壓，雖然在必定程度上下降了負(fù)壓區(qū)域，但很難做到徹底消除，無(wú)法絕對(duì)保障工藝的安穩(wěn)性，南航師生們又開始思索進(jìn)一步的優(yōu)化方案。“鑒于埃馬克電解機(jī)床具備振動(dòng)進(jìn)給功能，經(jīng)與教師重復(fù)討論后，咱們終究找到了處理方案——復(fù)合進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。”薛潤(rùn)榮介紹道。