一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统及方法

本发明属于电解加工的夹具机构领域，具体说是一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统及方法。

背景技术：

1、由于薄壁弱刚性工件在加工过程中容易发生变形和振动，传统机械夹具难以稳固地固定工件。真空吸附技术通过在工件表面施加负压，可以实现对工件的稳固固定，避免了夹具对工件的夹持应力，从而减小工件变形和振动。

2、电解加工是一种利用电化学溶解作用进行加工的非传统加工技术，可以避免传统加工技术中刀具对薄壁弱刚性工件施加的机械应力，减少工件的变形和振动，在加工薄壁弱刚性工件方面具有很大的潜力。

3、真空吸附一般与数控加工技术(如数控铣削、数控切割)、激光加工技术、电火花加工技术等配合使用。在加工过程中，薄壁工件由于受到较大的机械应力和热应力等加工应力的作用，会产生较大的变形和振动，从而降低加工精度。

4、电解加工通常采用传统机械夹持的方式固定工件，即使用机械夹具或夹具系统将工件夹紧。虽然电解加工技术可以避免加工应力对薄壁工件的作用，但是机械夹具在固持夹紧工件的过程中会对工件形成较大的夹持应力。由于薄壁工件刚性极弱，夹持应力会使薄壁工件形成变形，从而降低加工精度。

5、综合利用真空吸附技术和电解加工技术，可以实现薄壁弱刚性工件低应力、低变形、高精度的加工。采用电解加工技术加工薄壁弱刚性工件时，工件始终浸没在电解液中，要求真空吸附系统有良好的气液分离能力，避免气流中含有过多液体成分。气流中夹带的液体直接影响真空系统的正常运行和工作寿命，一方面电解液中的水分会污染真空系统、增加真空泵的负荷、降低真空度等；另一方面电解液中的阴、阳离子会造成真空系统中金属零部件的快速腐蚀。此外，真空吸附系统还需要具有良好的导电性能和边缘绝缘设计，以便在电解加工过程中有效地向工件传递电流，同时保障操作人员的安全。

6、目前尚无将真空吸附技术和电解加工技术有效耦合的加工系统。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统及方法，将真空吸附技术和电解加工技术有效耦合，利用真空吸附对工件的稳定固持，避免了传统夹具对工件的夹持应力，同时利用电化学溶解作用对工件进行材料去除，避免传统加工技术中刀具对薄壁弱刚性工件施加的机械应力，减少工件的变形和振动。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种适用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统，包括：真空吸附模块、电解加工模块、导电真空吸盘、电解槽；

3、所述真空吸附模块设于电解槽上方，且与导电真空吸盘连接；

4、所述电解槽内设有电解液；所述导电真空吸盘设于电解液内，且导电真空吸盘的上表面外露于电解液表面；导电真空吸盘的底面与真空吸附的薄壁工件连接；

5、所述电解加工模块分别接入导电真空吸盘和电解液内，以与导电真空吸盘、真空吸附的薄壁工件形成回路。

6、所述真空吸附模块，包括：真空泵、过滤器、真空调压阀、气液分离器、气管；

7、所述真空泵依次通过过滤器、真空调压阀、气液分离器与导电真空吸盘连接。

8、所述真空调压阀与气液分离器之间设有支路气管，所述支路气管末端接有真空表，用于实时检测真空吸附模块的真空度，防止真空吸附的薄壁工件脱落。

9、所述电解加工模块，包括：电解电源、工具电极；

10、所述电解电源的正极与导电真空吸盘连接，电解电源的负极通过导线与设置在电解槽内的工具电极连接；所述工具电极设于导电真空吸盘正下方，所述电解电源产生电势差，电流通过导线、工具电极、电解液、真空吸附的薄壁工件、导电真空吸盘形成回路。

11、在所述电流表设于电解电源的负极与工具电极之间，用于实时监测回路中的电流值。

12、所述导电真空吸盘，包括：绝缘层和泡沫金属层；

13、所述绝缘层包覆设于泡沫金属层上，且泡沫金属层的底面外露，在所述绝缘层中心处开设有真空气孔；

14、所述真空气孔与真空吸附模块连接，将真空泵产生的真空负压传递至泡沫金属层；

15、在所述绝缘层上插设有柱状的导电金属，所述导电金属一端与泡沫金属层连接，另一端通过导线与电解电源的正极连接。

16、在所述真空气孔内设有排水孔；所述排水孔水平穿过绝缘层侧壁，以使将泡沫金属中附着的过量电解液排放回至电解槽，实现电解液的循环利用。

17、所述泡沫金属层为导电金属，其主体设计为若干曲折微细的微孔通道，以使导电真空吸盘的吸附力均匀分布，减小固持应力，并且阻挡大量电解液随真空负压进入真空吸附模块，降低气液分离器的负载，进而提高真空吸附模块的安全性和稳定性。

18、一种适用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统的加工方法，包括以下步骤：

19、1)开启真空泵，真空泵抽取空气，过滤器过滤掉气流的杂质，防止破坏真空元器件；

20、2)通过真空调压阀调节真空度，根据真空表的数值，调整真空吸附模块的真空度至要求值；此时，真空泵控制导电真空吸盘对设于电解槽中的待吸附薄壁工件产生吸附力，对薄壁工件形成稳定固持；

21、3)所述电解加工模块的工具电极对真空吸附的薄壁工件在电解液中完成电解加工。

22、所述工具电极对真空吸附的薄壁工件在电解液中完成电解加工，具体为：

23、真空气孔分别与真空吸附模块和泡沫金属连接，将真空泵产生的真空负压传递给泡沫金属；导电金属两端分别与电解电源正极和泡沫金属连接，当电解电源产生电势差，电流通过导线、工具电极、电解液、真空吸附的薄壁工件、导电真空吸盘形成回路，进而使得工具电极在电解液中与真空吸附的薄壁工件完成电化学反应，实现电解加工。

24、本发明具有以下有益效果及优点：

25、1.本发明提供的真空吸附电解加工系统将真空吸附技术和电解加工技术有效耦合，利用真空吸附对工件的稳定固持，避免了传统夹具对工件的夹持应力。

26、2.本发明同时利用电化学溶解作用对工件进行材料去除，避免传统加工技术中刀具对薄壁弱刚性工件施加的机械应力，减少工件的变形和振动。

27、3.本发明中导电真空吸盘的泡沫金属层设计曲折微细的微孔通道，可以利用微孔通道传递真空，使薄壁工件吸附在泡沫金属层表面；同时泡沫金属层强度高不易变形，可以保证薄壁工件的固持和面形精度；微孔通道在整面上分布均匀，可以使薄壁工件表面的吸附力分布均匀，降低固持应力引起的变形。

28、4.本发明中工具电极11在电解液中与真空吸附的薄壁工件10发生电化学反应，实现电解加工，在薄壁工件10上形成溶解，完成电解加工，工具电极11可以形成加工形状，控制加工精度。

技术特征：

1.一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统，其特征在于，包括：真空吸附模块、电解加工模块、导电真空吸盘(9)、电解槽(13)；

2.根据权利要求1所述的一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统，其特征在于，所述真空吸附模块，包括：真空泵(1)、过滤器(2)、真空调压阀(3)、气液分离器(4)、气管(6)；

3.根据权利要求2所述的一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统，其特征在于，所述真空调压阀(3)与气液分离器(4)之间设有支路气管(6)，所述支路气管(6)末端接有真空表(5)，用于实时检测真空吸附模块的真空度，防止真空吸附的薄壁工件(10)脱落。

4.根据权利要求1所述的一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统，其特征在于，所述电解加工模块，包括：电解电源(7)、工具电极(11)；

5.根据权利要求4所述的一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统，其特征在于，在所述电流表(8)设于电解电源(7)的负极与工具电极(11)之间，用于实时监测回路中的电流值。

6.根据权利要求1所述的一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统，其特征在于，所述导电真空吸盘(9)，包括：绝缘层(15)和泡沫金属层(19)；

7.根据权利要求6所述的一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统，其特征在于，在所述真空气孔(16)内设有排水孔(18)；所述排水孔(18)水平穿过绝缘层(15)侧壁，以使将泡沫金属(19)中附着的过量电解液(14)排放回至电解槽，实现电解液的循环利用。

8.根据权利要求6所述的一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统，其特征在于，所述泡沫金属层(19)为导电金属，其主体设计为若干曲折微细的微孔通道，以使导电真空吸盘(9)的吸附力均匀分布，减小固持应力，并且阻挡大量电解液随真空负压进入真空吸附模块，降低气液分离器(4)的负载，进而提高真空吸附模块的安全性和稳定性。

9.根据权利要求1所述的一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统的加工方法，其特征在于，所述工具电极(11)对真空吸附的薄壁工件(10)在电解液(14)中完成电解加工，具体为：

技术总结本发明属于电解加工的夹具机构领域，具体说是一种用于薄壁弱刚性工件的真空吸附电解加工系统及方法，包括：真空吸附模块、电解加工模块、导电真空吸盘、电解槽；所述真空吸附模块设于电解槽上方，且与导电真空吸盘连接；所述电解槽内设有电解液；所述导电真空吸盘设于电解液内，且导电真空吸盘的上表面外露于电解液表面；导电真空吸盘的底面与真空吸附的薄壁工件连接；所述电解加工模块分别接入导电真空吸盘和电解液内，以与导电真空吸盘、真空吸附的薄壁工件形成回路。本发明提供的真空吸附电解加工系统将真空吸附技术和电解加工技术有效耦合，利用真空吸附对工件的稳定固持，避免了传统夹具对工件的夹持应力。技术研发人员：韩晓龙,乔红超,曹治赫,赵吉宾,韩东宇受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11