具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具及加工方法與流程

本發明涉及一種具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具及加工方法，屬于電化學加工領域。

技術背景

在燃料電池與化學熱交換領域中，存在大量具有群槽結構的零件。相互聯通的群槽結構形成的流道，可引導液態化學物質按照設計的流動方式流動，促進化學反應的產生、促進熱量的交換。在該類零件生產過程中，流道的加工質量將直接影響產品的功能與壽命。然而，由數十乃至上百條槽組成的流道，其結構復雜，流道狹窄，流道加工后不得有毛刺、銳邊等影響流場的結構存在，因此加工難度大、周期長，成本高。

電解加工是一種基于電化學陽極溶解原理去除材料的一種加工方式，在加工中具有加工效率高、表面質量好，無加工毛刺與尖角，工具無損耗，加工與材料硬度、韌性無關等優點，非常適合加工群槽結構零件。在群槽電解加工過程中，具有若干柱狀凸起的工具電極接電源負極，工件接電源正極，在工具與工件之間通過高速、高壓的電解液，接通加工電源后，工具電極微凸起區域的工件金屬不斷溶解，隨著工具進給，可在一次進給過程中加工出全部群槽結構，可較數控銑削大幅提升加工效率。同時，由于電解加工中工具無損耗，工具電極可長期使用，加工中僅消耗電費、水費以及電解液藥品費用，批產成本低。由此可見，與其他群槽加工方式相比，電解加工具有非常突出的效率與成本優勢，是加工群槽結構的理想工藝技術。

在群槽電解加工工具上，為了避免工具陰極在進給過程中與群槽之間殘留的分隔筋發生干涉，工具陰極上的柱狀凸起的高度必須大于待加工槽的深度，工具上柱狀凸起之間的間隙成為了容納群槽之間分隔筋體積的空刀槽。在電解加工過程中，當分割筋進入空刀槽后，空刀槽間隙逐漸減小，但空刀槽間隙仍遠大于陰極端面與工件之間的間隙，電解液會從空刀槽間隙處大量流失，使本應該流向加工間隙的電解液分流，致使加工間隙內的電解液流速降低，沖刷能力減弱。若在加工過程中電化學反應生成的產物不能及時排出加工間隙，隨著工具的持續進給，工具陰極和工件陽極接觸將發生短路，短路電流將瞬間產生的高熱會燒毀工具與工件，導致工具與工件報廢，這會嚴重影響加工效率，并大幅增加生產成本。由此可見，陰極柱狀凸起之間的空刀槽引起的電解液分流問題是誘發短路的核心因素。為了避免短路情況的發生，提高群槽電解加工過程穩定性，有必要設計合理的電解加工工具結構，徹底消除群槽電解加工中的電解液分流問題。

技術實現要素：

本發明目的在于解決群槽零件電解加工中電解液從陰極柱狀凸起間的空刀槽處流失，導致本應流向加工區的電解液被分流，降低了加工間隙電解液排出產物的能力從而導致短路的實際問題，提供了一種新型群槽電解加工工具及加工方法。

一種具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具，其特征在于：包括工具座、彈性體、梳狀封液體和陰極板； 其中陰極板由導電材料制成，具有上下貫穿的鏤空群縫結構，該鏤空群縫結構依據零件表面群槽結構設計；陰極板也與工具座連接；其中梳狀封液體由絕緣材料制成，梳狀封液體后端通過彈性體與工具座連接，梳狀封液體前端具有與陰極板的鏤空群縫結構匹配的有序凸起結構，且凸起結構高度大于陰極板的厚度；工作時，梳狀封液體的有序凸起結構插入陰極板的鏤空群縫結構，并能與陰極板相互滑動。

所述的具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具，其特征在于：平面工件加工群槽結構時，陰極板為平板結構，梳狀封液體的有序凸起結構的前端面整體為平面結構；弧面工件上加工群槽結構時，陰極板端面為弧形結構，梳狀封液體的有序凸起結構的前端面整體為弧形結構。

所述具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具的加工方法，其特征在于包括以下過程：電解加工過程中，被加工工件接電源正極，陰極板接電源負極，將梳狀封液體插入陰極板的鏤空群縫結構中，被加工工件與陰極板之間有高速高壓電解液流過；在加工初始階段，在彈性體的預壓縮力作用下梳狀封液體的梳狀端面緊貼被加工工件上表面，在該狀態下，電解液流道截面為分離的多個矩形流道，在該狀態下進行群槽電解加工；隨著陰極板跟著工具座不斷進給，被加工工件的上表面被加工出群槽結構，由于工具座進給的推力大于彈性體的預壓縮力，梳狀封液體始終保持與工件的上表面接觸，并逐步縮入陰極板的鏤空縫隙中，電解液流道截面始終為分離的多個矩形流道，直至群槽結構加工完成。

本發明的有益效果在于：

1、本發明提供了一種新型群槽電解加工工具，該工具采用可伸縮的梳狀封液結構緊貼工件表面，并將工具陰極上柱狀凸起之間的空刀槽間隙填滿，使電解液僅能從加工間隙內流過，徹底消除了群槽電解加工中空刀槽分流電解液問題，改善了電解液流場，可顯著提升加工穩定性。

2、采用絕緣材質的梳狀封液結構緊貼工件表面，可以有效防止電解液接觸工件非加工面，起到屏蔽電解加工電場作用，可有效防止電化學腐蝕效應對非加工區產生雜散腐蝕，可顯著提升零件的加工質量。

3、該電解加工工具采用封液體自由伸縮的組合整體式設計，替代原有工具陰極即可直接使用，不改變原有的加工形式，不增加工序與工步，便于與原有的工裝夾具配合，使用便捷、適應性強。

附圖說明

圖1為具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具示意圖；

圖2為具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具裝配關系示意圖；其中（a）是裝配前示意圖；（b）是裝配后示意圖；

圖3為具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具加工過程示意圖；其中（a）是加工準備階段示意圖；（b）是加工初始階段示意圖；其中（c）是加工中間階段示意圖；（d）是加工最終階段示意圖；

圖4為具有伸縮梳狀封液結構的曲面群槽電解加工工具示意圖；

圖中標號名稱：1、電源，2、工具座，3、進液區域，4、彈性體，5、梳狀封液體，6、陰極板，7、工件，8、出液區域，9、電解液流道截面，10、曲面梳狀封液體，11、曲面陰極板，12、曲面工件。

具體實施方法

實施本發明——“具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具”如圖1所示，其將工件7與電解加工電源1正極連接，由陰極板6、梳狀封液體5、彈性體4、工具座2四個部分組成的加工工具與電解加工電源1負極連接。在加工過程中，高速高壓電解液從進液區域3進入，通過工件7與陰極板6之間的縫隙，經出液區域8流出，帶走了加工產生的電解產物和熱量。陰極板6的進給過程中，彈性體4使梳狀封液體5始終與工件7表面緊貼，工件7逐漸被加工，直至加工完成。

圖2所示為具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具裝配關系示意圖。如圖2（a）所示，首先將梳狀封液體5插入陰極板6，并將彈性體4放置在梳狀封液體5上端面，工具座2的空腔開口朝下，由上至下將彈性體4、梳狀封液體5套入工具座2的空腔中，與陰極板6連接在一起。此時梳狀封液體5在彈性體4的作用下與從陰極6的縫隙中伸出，構成工具電極如圖2（b）所示。

圖3所示為具有伸縮梳狀封液結構的群槽電解加工工具加工過程示意圖。在加工準備階段，如圖3（a）所示，在彈性體4的作用下梳狀封液體5的梳狀端面從陰極板6的鏤空縫隙中伸出，突出于陰極板6的下端面，梳狀封液體5尚未與工件7接觸；在加工初始階段，如圖3（b）所示，在彈性體4的預壓縮力作用下梳狀封液體5的梳狀端面緊貼工件7上表面，在該狀態下，電解液流道截面9為分離的多個矩形流道，在該狀態下進行群槽電解加工；隨著工件不斷進給，如圖3（c）所示，工件7的上表面被加工出群槽結構，由于工具進給的推力大于彈性體4的預壓縮力，梳狀封液體5始終保持與工件7的上表面接觸，并逐步縮入陰極板6的鏤空縫隙中，電解液流道截面9始終為分離的多個矩形流道；加工最終階段，如圖3（d）所示，陰極板6進給至指定位置，群槽結構加工完成。

圖4為具有伸縮梳狀封液結構的曲面群槽電解加工工具示意圖，加工工具包括曲面陰極板11、曲面梳狀封液體10、彈性體4、工具座2四個部分。整個加工過程中，曲面工件12與曲面陰極板11之間有高速高壓電解液流過，由于彈性體4的存在使得曲面梳狀封液體10始終與曲面工件12表面緊貼。隨著曲面陰極板11的進給，曲面梳狀封液體10可縮入曲面陰極板11的鏤空縫隙，使電解液僅能從曲面陰極板10的金屬梁與曲面工件12之間的縫隙中流過，曲面工件12上的溝槽逐漸成型，直至加工完成。