Гибкий инструмент (варианты), способ (варианты) и система (варианты) для электрохимической обработки

Гибкий инструмент (варианты), способ (варианты) и система (варианты) для электрохимической обработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[0001] Один или несколько аспектов данного изобретения касаются способа, устройства и системы гибкой электрохимической обработки.

РОДСТВЕННАЯ ЗАЯВКА

[0002] Предмет данного описания может быть связан с заявками на патент США №12/567829 и №12/567835, озаглавленными как «Системы и устройство, имеющие отношение к электрохимической размерной обработке», поданными 28 сентября 2009 года, которые полностью включены в данный документ путем ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Как правило, такие способы механической обработки, как токарная обработка, шлифовка, сверление и фрезерование предполагают применение механического воздействия. Для механической обработки заготовки указанными способами применяют инструмент высокой твердости и, соответственно, инструмент должен быть тверже заготовки. Тем не менее, в некоторых областях применения желательно, чтобы сама заготовка была выполнена из материалов, отличающихся высокой твердостью. Например, к лопаткам турбинных двигателей предъявляются жесткие требования, в том числе по твердости, поскольку они подвергаются жестким условиям эксплуатации. Если сама заготовка выполнена из твердого материала, как правило, традиционная механическая обработка невозможна.

[0004] Электрохимическую обработку (ЭХО) обычно применяют в качестве альтернативного способа механической обработки заготовок из твердых материалов. В процессе ЭХО механическую обработку электропроводной заготовки из твердого материала выполняют с использованием инструмента, который тоже является электропроводным. Во время ЭХО инструмент, служащий в качестве катода, располагают относительно заготовки, служащей анодом, таким образом, чтобы между ними образовался промежуток, который заполняют протекающим электролитом, например, водным раствором нитрата натрия. Между катодом-инструментом и анодом-заготовкой пропускают постоянный ток высокой плотности и низкого напряжения, обеспечивая электролитическое растворение заготовки. Реакция растворения происходит в гальваническом элементе, образованном катодом-инструментом и анодом-заготовкой, между которыми протекает электролит. Удаление эродированного материала или осадка в виде гидроокиси металла из промежутка между электродами происходит с помощью протекающего электролита. Анод-заготовка в целом принимает очертание, соответствующее рельефу катода-инструмента. Осадок может быть отфильтрован из электролита, а очищенный электролит можно использовать повторно.

[0005] При ЭХО инструмент не подвержен износу. Кроме того, скорость механической обработки не зависит от твердости материала заготовки. Таким образом, для изготовления инструмента, с помощью которого придают форму заготовкам из твердых или прочных металлов, например, углеродистой стали, инконеля, титана, сплава «Хастеллой» и ковара или их сплавов, можно применять мягкие металлы, такие как медь и латунь, а инструмент-катод можно использовать повторно. Это является преимуществом, поскольку профили, даже сложные, можно легко выполнить из мягких металлов, и далее использовать для придания формы заготовкам из твердых металлов и сплавов.

[0006] ЕХО присущи некоторые недостатки. При традиционной ЭХО под каждый новый профиль должен быть сконструирован специальный инструмент. В такой отрасли промышленности, как производство электроэнергии, даже такой небольшой прирост эффективности, как 1%, обеспечивает существенное снижение эксплуатационных расходов. Таким образом, предприятия-изготовители турбин осуществляют постоянную модернизацию турбинных лопаток и других частей турбины, добиваясь дифференциального повышения эффективности. Использование обычной ЭХО в данных случаях требует постоянного производства новых инструментов, что может быть связано с очень высокими затратами. Следовательно, было бы желательным разработать такие способы, устройства и системы электрохимической обработки, которые могут подходить для заготовок разной формы, снижая экономические и временные затраты, присущие обычной ЭХО.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Неограничивающий аспект данного изобретения относится к гибкому инструменту для электромеханической обработки, предназначенному для выполнения гибкой электрохимической обработки заготовки. Гибкий инструмент для электрохимической обработки может содержать металлический полосообразный листовой катод, выполненный с возможностью упругой деформации в двух измерениях (2D), автоматический толкатель и опорные соединители, у своих верхних концов соединенные с автоматическим толкателем, а у своих нижних концов соединенные с полосообразным катодом вдоль его длины. Опорные соединители могут содержать по меньшей мере один неподвижный опорный соединитель, боковое положение которого зафиксировано относительно автоматического толкателя. Длина хода каждого опорного соединителя может меняться при упругой деформации полосообразного катода. Кроме того, каждый опорный соединитель может содержать поворотный соединительный элемент для соединения с нижним концом опорного соединителя и выполненный с возможностью поворота при упругой деформации полосообразного катода.

[0008] Другой неограничивающий аспект данного изобретения относится к способу выполнения гибкой электрохимической обработки заготовки. Согласно способу, гибкий инструмент для электрохимической обработки может быть позиционирован таким образом, чтобы гибкий катод указанного инструмента взаимодействовал с частью поверхности заготовки, погруженной в рабочую емкость с электролитом. После того как заготовка вошла во взаимодействие, может быть включена подача электроэнергии и электролита для запуска процесса электрохимической обработки. Затем гибкий катод может быть трассирован в направлении первого или второго конца заготовки. Трассировка может происходить с поддержанием подачи энергии и электролита в процессе перемещения гибкого катода относительно заготовки.

[0009] Другой неограничивающий аспект данного изобретения относится к системе, предназначенной для выполнения гибкой электрохимической обработки заготовки. Система может содержать рабочую емкость, гибкий инструмент для электрохимической обработки, в состав которого входит гибкий катод, автоматический толкатель, зажимы и контроллер. Рабочая емкость может быть заполнена электролитом. Гибкий катод может быть выполнен с возможностью непрерывной адаптации к профилю поверхности заготовки. Автоматический толкатель может быть выполнен с возможностью перемещения катода-инструмента. Для закрепления заготовки внутри рабочей емкости могут быть предусмотрены зажимы. Контроллер может быть выполнен с возможностью позиционирования катода-инструмента таким образом, что указанный катод взаимодействует с частью поверхности заготовки, погруженной в рабочую емкость с электролитом. В альтернативном варианте обходятся без погружения заготовки, а катод-инструмент выполнен с каналами для подачи электролита в гальванический элемент. Кроме того, контроллер может инициировать подачу электроэнергии и электролита после того, как заготовка начала взаимодействовать, для запуска гибкой электрохимической обработки. Помимо этого, контроллер может быть выполнен с возможностью трассировки катода-инструмента в направлении первого или второго конца заготовки. Трассировка может включать поддержание подачи электроэнергии и электролита в процессе перемещения катода-инструмента относительно заготовки.

[0010] Другой неограничивающий аспект данного изобретения относится к гибкому инструменту для электрохимической обработки углов, предназначенному для выполнения гибкой электрохимической обработки заготовки. Гибкий инструмент для электрохимической обработки углов может содержать катод, автоматический толкатель и эластомер, расположенный между катодом и автоматическим толкателем и обеспечивающий подкладку для адаптации катода к форме уголка заготовки. Угол заготовки может быть образован двумя боковыми поверхностями, которые проходят по существу прямолинейно от вершины угла, образуя вогнутую поверхность с углом θ раствора. Катод может быть предварительно изогнут под углом α, для углов раствора, превышающих угол θ. Разность углов обеспечивает необходимое прижатие катода-инструмента для обработки углов к углу заготовки.

[0011] Другой неограничивающий аспект данного изобретения относится к гибкому инструменту для электрохимической обработки ребер, предназначенному для выполнения гибкой электрохимической обработки заготовки. Гибкий инструмент для электрохимической обработки ребер может содержать полосообразный катод, автоматический толкатель и эластомер, расположенный между катодом и автоматическим толкателем, обеспечивающий подкладку для адаптации катода к форме ребра заготовки. Ребро заготовки может быть образовано двумя боковыми поверхностями, которые проходят по существу прямолинейно от острия ребра, образуя выпуклую поверхность с углом φ заострения. Полосообразный катод может быть предварительно изогнут под углом β, для углов заострения, значение которых меньше угла φ. Разность углов обеспечивает необходимое прижатие катода к ребру заготовки.

[0012] Другой неограничивающий аспект данного изобретения относится к гибкому инструменту для электрохимической обработки, предназначенному для выполнения гибкой электрохимической обработки заготовки. Гибкий инструмент для электрохимической обработки может содержать листовой катод, автоматический толкатель и опорные соединители. Листовой катод может быть выполнен с возможностью упругой деформации в трех измерениях (3D). У своих верхних концов опорные соединители могут быть соединены с автоматическим толкателем, а у своих нижних концов указанные соединители могут быть соединены с листовым катодом вдоль его верхней поверхности. Длина хода каждого опорного соединителя может меняться в процессе упругой деформации листового катода. Кроме того, каждый опорный соединитель может содержать нижний соединительный элемент, предназначенный для соединения нижнего конца опорного соединителя с гибким листовым катодом в процессе упругой деформации указанного катода.

[0013] Другой неограничивающий аспект данного изобретения относится к гибкому инструменту для электрохимической обработки, предназначенному для выполнения гибкой электрохимической обработки заготовки. Гибкий инструмент для электрохимической обработки может содержать листовой катод, автоматический толкатель, эластомерную подкладку и по меньшей мере один датчик. Листовой катод может испытывать упругую деформацию в трех измерениях (3D). Автоматический толкатель может быть выполнен с возможностью перемещения гибкого инструмента для электрохимической обработки и приложения силы сжатия. Эластомерная подкладка может быть выполнена с обеспечением упругой опоры для листового катода. Датчик может быть выполнен с возможностью измерения высоты поверхности заготовки при взаимодействии гибкого инструмента и заготовки. Листовой катод может непрерывно адаптироваться к профилю заготовки в ходе перемещения катода-инструмента при его взаимодействии с заготовкой.

[0014] Другой неограничивающий аспект данного изобретения относится к способу выполнения гибкой электрохимической чистовой обработки. Согласно способу гибкий инструмент для электрохимической обработки может быть позиционирован таким образом, чтобы гибкий катод указанного инструмента взаимодействовал с частью поверхности заготовки, погруженной в рабочую емкость с электролитом, или опрыскиваемой электролитом из катода-инструмента. После того как началось взаимодействие с заготовкой, можно включить подачу электроэнергии и электролита для запуска гибкой электрохимической чистовой обработки. Заготовка может подвергаться гибкой электрохимической чистовой обработке при перемещении гибкого инструмента для электрохимической обработки в направлении первого или второго конца заготовки. Гибкая электрохимическая чистовая обработка может представлять собой чистовую обработку заготовки, выполняемую с целью устранения погрешностей поверхности заготовки, которые определяются как отклонения по высоте части поверхности, выходящие за рамки заданного предела допуска для данной части поверхности. Гибкая электрохимическая чистовая обработка может быть выполнена при взаимодействии катода-инструмента и заготовки в процессе перемещения указанного катода относительно заготовки.

[0015] Другой неограничивающий аспект данного изобретения относится к системе выполнения гибкой электрохимической чистовой обработки заготовки. Система может содержать рабочую емкость, гибкий инструмент для электрохимической обработки, содержащий гибкий катод, автоматический толкатель, зажимы и контроллер. Рабочая емкость может быть заполнена электролитом, либо выполняется опрыскивание заготовки электролитом из катода-инструмента. Гибкий инструмент для электрохимической обработки может содержать полосообразный катод и может быть выполнен с возможностью непрерывной адаптации к профилю поверхности заготовки. Автоматический толкатель быть выполнен с возможностью перемещения гибкого инструмента для электрохимической обработки. Зажимы могут быть выполнены с возможностью закрепления заготовки внутри рабочей емкости. Контроллер может быть выполнен с возможностью позиционирования гибкого инструмента для электрохимической обработки таким образом, чтобы гибкий катод взаимодействовал с частью поверхности заготовки, погруженной в рабочую емкость с электролитом, или опрыскиваемой электролитом из указанного инструмента. Кроме того, контроллер может включать подачу электроэнергии и электролита после того, как заготовка вошла во взаимодействие, и запускать гибкую электрохимическую чистовую обработку. Помимо этого, контроллер может быть выполнен с возможностью выполнения чистовой обработки первого или второго конца заготовки. Гибкая электрохимическая чистовая обработка может представлять собой чистовую обработку заготовки, выполняемую с целью устранения погрешностей поверхности заготовки, которые определяются как отклонения по высоте части поверхности, выходящие за рамки заданного допуска для данной части поверхности. Заготовка может подвергаться гибкой электрохимической чистовой обработке при взаимодействии гибкого инструмента для электрохимической обработки и заготовки в ходе перемещения указанного инструмента относительно заготовки.

[0016] Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на указанные ниже чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017] Указанные и другие признаки настоящего изобретения станут более понятными из приведенного ниже подробного описания примеров вариантов выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

[0018] Фиг.1 изображает традиционную систему электрохимической обработки;

[0019] Фиг.2 изображает пример катода-инструмента, выполненного согласно родственной заявке;

[0020] Фиг.3 изображает катод-инструмент, выполненный согласно родственной заявке, прижатый к заготовке;

[0021] Фиг.4а и Фиг.4b изображают гибкий двумерный инструмент для электрохимической обработки, выполненный согласно варианту выполнения настоящего изобретения, в свободном состоянии и прижатом состоянии;

[0022] Фиг.5 изображает конструкцию гибкого полосообразного катода, выполненного согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

[0023] Фиг.6 изображает гибкий двумерный инструмент для электрохимической обработки, выполненный согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения;

[0024] Фиг.7 изображает систему для выполнения гибкой электрохимической обработки, согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

[0025] Фиг.8 изображает блок-схему способа выполнения гибкого электрохимического полирования, согласно аспекту настоящего изобретения;

[0026] Фиг.9а и Фиг.9b изображают гибкий инструмент для электрохимической обработки углов, согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения;

[0027] Фиг.10а и Фиг.10b изображают гибкий инструмент для электрохимической обработки ребер, согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения;

[0028] Фиг.11а и Фиг.11b изображают гибкий трехмерный инструмент для электрохимической обработки, выполненный согласно варианту выполнения настоящего изобретения;

[0029] Фиг.12а и Фиг.12b изображают гибкий трехмерный инструмент для электрохимической обработки, выполненный согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения;

[0030] Фиг.13а и Фиг.13b изображают гибкий инструмент для электрохимической обработки, выполненный с датчиками в соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения;

[0031] Фиг.14 изображает блок-схему способа выполнения гибкой электрохимической чистовой обработки, согласно аспекту настоящего изобретения; и

[0032] Фиг.15 изображает блок-схему примера гибкой электрохимической чистовой обработки, выполняемой в процессе трассировки заготовки, согласно аспекту настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0033] Как описано в данном документе, гибкая электрохимическая обработка, соответствующая вариантам выполнения данного изобретения, может обеспечить сравнительно быстродействующий способ чистовой обработки, полирования заготовок и/или придания им формы. В одном или нескольких неограничивающих аспектах предложены гибкие инструменты для электрохимической обработки, которые выполнены с возможностью приспособления к контурам различных заготовок.

[0034] На фиг.1 изображена традиционная система ЭХО. Система 100 ЕХО содержит источник 102 питания, инструмент 104 и заготовку 106, выполняющие, соответственно, функции катода и анода гальванического элемента, насос 108 для перекачки электролита и ванну 110 с электролитом. Форма инструмента 104 остается неизменной. В процессе эксплуатации инструмент 104 и заготовку 106 располагают таким образом, чтобы в пространстве между ними образовался сравнительно узкий межэлектродный промежуток 112. Источник 102 питания применяют для создания разности потенциалов между заготовкой 106 и инструментом 104.

[0035] Система 100 содержит электролитную систему для подачи постоянного потока находящегося под давлением электролита в промежуток 112, в которой электролит выкачивают из ванны 110 насосом 108 и подают по полым каналам 114, выполненным внутри инструмента 104. Каналы 114 направляют электролит к заготовке 106. По каналу 114 электролит выходит из катода-инструмента 104 и протекает через промежуток 112 со сравнительно высокой скоростью и давлением.

[0036] Придание формы заготовке 106 выполняют путем удаления металла заготовки с помощью электрохимического растворения заготовки 106, имеющей полярность анода. В процессе ЭХО электролит, протекающий через промежуток 112, обеспечивает удаление материала, образованного в результате электрохимического растворения заготовки 106, что уменьшает погрешность профиля заготовки 106. Скорость удаления металла по существу обратно пропорциональна расстоянию между катодом и анодом. По мере того как инструмент 104 продвигается к заготовке 106, расстояние, то есть промежуток 112 между катодом-инструментом 104 и анодом-заготовкой 106 вдоль длины указанного инструмента и указанной заготовки, стремится к установившемуся значению, и заготовка 106 по существу приобретает контур катода-инструмента 104.

[0037] Как уже было отмечено, при традиционной ЭХО, инструмент 104 имеет уникальную форму, необходимую для обработки соответствующей заготовки 106. Изготовление многочисленных инструментов 104, каждый из которых имеет уникальную форму, и выполнен с каналами 114 для подачи электролита, может быть дорогостоящим. Если инструмент 104 применяют для обработки сравнительно небольшого количества соответствующих заготовок 106, конечные затраты становятся чрезмерно высокими.

[0038] В вышеупомянутой родственной заявке описан катод-инструмент, который обеспечивает значительный уровень совместимости. На фиг.2 изображен пример описанного в этой заявке инструмента 300, который, в отличие от традиционного инструмента, можно использовать для большого разнообразия форм заготовок благодаря своей приспособляемости. Инструмент 300, изображенный на фиг.2, содержит катод 302, разделительные прокладки 304, эластомерную подкладку 306, проводящие полосы 308 и канал 310 для протекания электролита. Автоматический толкатель 312 может перемещать или позиционировать катод-инструмент 300 с обеспечением необходимого взаимодействия с заготовкой.

[0039] Катод 302 представляет собой сравнительно тонкий и гибкий электропроводный материал. Как изображено на фиг.3, эластомерная подкладка 306 обеспечивает деформируемость, что позволяет катоду 302 изменять форму и, следовательно, соответствовать профилю поверхности заготовки 106. Упругая деформация обеспечивает расположение наружной поверхности катода 302 на нужном расстоянии от поверхности заготовки 106, что позволяет эффективно выполнять процессы ЭХО. Таким образом, инструмент 300 обеспечивает полирование произвольной трехмерной поверхности, не требуя многочисленных катодных матриц.

[0040] Если площадь поверхности заготовки 106 превышает площадь поверхности инструмента 300, указанный инструмент прикладывают к разным частям заготовки 106, обрабатывая за один раз одну часть. Например, инструмент 300, а более конкретно, катод 302, прижимается вниз, охватывая часть поверхности заготовки 106. После схватывания части поверхности включают подачу электролита и электропитания для полирования части поверхности, находящейся во взаимодействии под катодом 302. После завершения полирования данной части поверхности инструмент 300 поднимают и перемещают для охвата новой части поверхности, и выполняют полирование указанной новой части. Такой цикл прерывистого полирования продолжают до тех пор, пока не будет отполирована вся поверхность заготовки.

[0041] На фиг.4а и фиг.4b изображен двухкоординатный (2D) гибкий инструмент 400 для электрохимической обработки (ГЭХ инструмент), который можно применять для выполнения гибкой электрохимической обработки (ГЭХ обработки) согласно варианту выполнения настоящего изобретения. Для удобства использования, на указанных фигурах обозначены направления X, Y и Z. «X» обозначает поперечное или горизонтальное направление; «Y» обозначает направление вверх-вниз или вертикальное направление; и «Z» относится к направлению внутрь-наружу. Следует отметить, что если компоненты или варианты выполнения описаны применительно к конкретному местоположению или перемещаются в конкретном направлении, это сделано в описательных целях и не считается ограничивающим. Например, если при описании такого компонента, как ГЭХ инструмент, указано, что он перемещается в вертикальном направлении, это не означает, что в фактическом исполнении указанный компонент должен обязательно перемещаться в направлении силы тяжести.

[0042] Одна из нескольких причин в пользу данного изобретения заключается в возможности трассировки заготовки. Применяемый в данном документе термин «трассировка» относится к возможности выполнения гибкой электрохимической обработки при перемещении заготовки и ГЭХ инструмента друг относительно друга. В качестве примера, можно выполнять полирование заготовки путем трассировки. Следует отметить, что по сравнению с процессом прерывистого полирования, описанным выше применительно к родственной заявке, процесс непрерывного полирования должен проходить быстрее. Кроме того, трассировка обладает и другими полезными свойствами, которые будут представлены в данном документе.

[0043] Выражение «гибкая электрохимическая обработка» (также называемая ГЭХ обработкой) введено в предыдущем абзаце. К ГЭХ обработкам в целом относятся такие обработки, как полирование, чистовая обработка, придание формы и другие. ГЭХ обработку следует отличать от обычной ЭХО, в которой для удаления больших кусков металла с заготовок применяют катодную матрицу постоянной формы. Если не указано иное, описанная в данном документе ГЭХ обработка по существу относится к удалению слоя или слоев металла с металлической поверхности заготовки с помощью гибких инструментов для электрохимической обработки.

[0044] Кроме того, следует отметить, что заготовка и ГЭХ инструмент могут перемещаться друг относительно друга путем перемещения одного из них, либо обоих. Таким образом, если явно не указано другое, такие формулировки, как «объект А перемещается относительно объекта В» должны считаться эквивалентными таким формулировкам, как «объект В перемещается относительно объекта А» и «объекты А и В перемещаются друг относительно друга», и соответственно должны охватывать все возможности относительного перемещения. Помимо этого, такие формулировки, как «объект А перемещается навстречу объекту В/от объекта В» и «объекты А и В перемещаются друг к другу/ друг от друга» тоже будут указывать на относительные перемещения.

[0045] Для плавного трассирующего движения желательно обеспечить некоторую степень боковой жесткости. Боковая жесткость обеспечивает более устойчивое боковое движение по изогнутым частям поверхности. В варианте выполнения ГЭХ инструмента, изображенном на фиг.4а и фиг.4b, обеспечена указанная жесткость в боковом направлении и гибкость в вертикальном направлении. На фиг.4а ГЭХ инструмент 400 изображен в неприжатом состоянии, а на фиг.4b в прижатом состоянии. ГЭХ инструмент 400 может содержать полосообразный катод 402, автоматический толкатель 412 и опорные соединители 420. Как будет объяснено далее, опорные соединители 420 могут содержать по меньшей мере один неподвижный опорный соединитель и по меньшей мере один подвижный опорный соединитель. Автоматический толкатель 412 может быть соединен с опорными соединителями 420 у верхних концов указанных соединителей. Нижние концы опорных соединителей 420 могут быть соединены с полосообразным катодом 402 вдоль его длины.

[0046] Полосообразный катод 402 предпочтительно выполнен с возможностью упругой деформации, то есть изгиба в двух измерениях. Это объясняется следующим. Изображенный на фиг.4а полосообразный катод 402 находится в не прижатом состоянии, и расположен по длине в боковом направлении. То есть в указанном состоянии полосообразный катод 402 вытянут линейно в направлении X. В прижатом состоянии, которое изображено на фиг.4b, полосообразный катод 402 упруго деформируется или изгибается в вертикальном направлении в разных точках вдоль его длины в боковом направлении, а величина деформации в направлении Y может различаться для различных координат X, так как полосообразный катод 402 соответствует профилю поверхности заготовки 106.

[0047] Существует аналогия со стеклоочистителем, повторяющим кривую форму ветрового стекла автомобиля, когда стеклоочиститель и ветровое стекло перемещаются друг относительно друга. Одно из преимуществ ГЭХ инструмента 400 заключается в том, что полосообразный катод 402 может с большей легкостью изгибаться по искривленной в двух измерениях линии. Кроме того, полосообразный катод 402 может легко распрямляться в обратном направлении при изменении формы поверхности заготовки 106.

[0048] Если ГЭХ инструмент 400 прижат, как изображено на фиг.4b, видно, что вертикальная длина разных опорных соединителей 420 различна, то есть длина их хода разнится, подстраиваясь под кривизну формы заготовки 106. Таким образом, опорные соединители 420 могут изменять длину своего хода в процессе упругой деформации в двух измерениях полосообразного катода 402. Но независимо от длины хода опорных соединителей 420, они предпочтительно оказывают равномерное давление. Это обеспечивает гибкость в вертикальном направлении, за счет которой полосообразный катод 402 может подстраиваться под изогнутую поверхность заготовки 106.

[0049] В одном варианте выполнения опорные соединители 420 представляют собой пневматические цилиндры, и каждый цилиндр 420 может содержать вертикальный подшипник 427 скольжения и пружину 428. Подшипник 427 и пружина 428 позволяют цилиндру 420 обеспечить упругую опору, в результате чего гибкий полосообразный катод 402 может соответствовать профилю поверхности заготовки 106.

[0050] Пневматический цилиндр 427 может дополнительно содержать поршень 429, который может перемещаться в вертикальном направлении с помощью любого общеизвестного приводного механизма, а давлением воздуха внутри цилиндра 420 можно точно управлять с помощью, например, контроллеров (не показаны на фиг.4а и фиг.4b). Поддерживая постоянное давление воздуха и применяя приводные механизмы, длину хода каждого цилиндра 420 можно устанавливать в соответствии с профилем заготовки 106, что в свою очередь позволяет управлять деформацией полосообразного катода 402. Как будет показано далее, возможность изменять форму полосообразного катода 402 обеспечивает эффективные возможности для чистовой обработки заготовок 106. Приводной механизм может быть встроен в конструкцию автоматического толкателя 412. Цилиндр 420 при помощи приводного механизма может изменять длину своего хода в зависимости от профиля заготовки, обеспечивая упругую деформацию полосообразного катода 402 и схватывание поверхности заготовки.

[0051] Как уже упоминалось, давление, оказываемое цилиндрами 420, а именно, опорными соединителями 420, предпочтительно по существу одинаковое. Таким образом, опорные соединители 420 могут иметь регулируемую длину хода и по существу постоянное давление, которое обеспечено постоянным давлением воздуха в цилиндре. В альтернативном варианте, в качестве опорных соединителей 420 могут быть применены гидравлические, электромагнитные или другие механизмы.

[0052] Каждый опорный соединитель 420 может содержать поворотный соединительный элемент 450, который соединяет нижний конец соответствующего опорного соединителя 420 с катодом 402. Примером поворотного соединительного элемента 450 является опорный подшипник. Как показано на фиг.4b, опорные подшипники 450 поворачиваются, соединяя вертикальные соединители 420 с изогнутым катодом 402 и его эластомерной полосообразной подкладкой 445.

[0053] Когда катод 402 испытывает упругую деформацию в двух измерениях, он укорачивается в боковом направлении. Скользящие соединительные элементы 430, расположенные над крайними соединителями 420, дают возможность с помощью цилиндровой передачи 460 соединять проходящие в вертикальном направлении соединители 420 с изогнутым и, следовательно, укороченным в боковом направлении катодом 402. Опорные соединители 420, соединенные со скользящими соединительными элементами 430, называют подвижными опорными соединителями, поскольку они могут скользить в боковом направлении, предпочтительно в определенных границах, относительно автоматического толкателя 412.

[0054] С другой стороны, может быть предпочтительным предусмотреть по меньшей мере один неподвижный опорный соединитель 420, боковое положение которого зафиксировано относительно автоматического толкателя 412. Боковое положение центрального опорного соединителя 420, изображенного на фиг.4а и фиг.4b, зафиксировано с помощью жесткого соединения 440 с автоматическим толкателем 412. Это приведено исключительно в качестве примера и не является ограничением. Любой из опорных соединителей 420, включая не центральные опорные соединители, может быть неподвижным.

[0055] Поворотные соединительные элементы 450 и скользящие соединительные элементы 430 обеспечивают выдвижение или втягивание подвижных опорных соединителей по существу прямолинейно и вертикально относительно автоматического толкателя 412, а также соединяют их с изогнутым и укороченным в боковом направлении катодом 402. Неподвижный опорный соединитель выдвигается или втягивается по существу прямолинейно и вертикально относительно автоматического толкателя 412 за счет его жесткого соединения. Поворотные элементы 450 обеспечивают расположение подвижных и неподвижных опорных соединителей 420 по существу перпендикулярно профилю поверхности заготовки, как видно на фиг.4b.

[0056] Предполагается, что в ходе гибкой электрохимической обработки ГЭХ инструмент 400 перемещается в Z направлении - внутрь/наружу листа на фиг.4а и фиг.4b - относительно заготовки 106. ГЭХ инструмент 400 может трассировать поверхность заготовки 106 в направлении Z. При перемещении ГЭХ инструмента 400 в Z направлении длина хода всех опорных соединителей 420 как неподвижных, так и подвижных, может меняться, обеспечивая боковую жесткость для движущей силы и степень свободы по вертикали для гибкости катода. Для ясности изображения электролит и соединения в цепи питания не показаны.

[0057] На фиг.5 изображен пример конструкции гибкого катода, содержащей полосообразный катод 402, представленный на виде снизу. Отметим, что поскольку это вид снизу, то отмеченное на фиг.5 направление Y теперь ориентировано внутрь и наружу листа. Предпочтительно, полосообразный катод 402 выполнен плоским, сравнительно длинным и тонким. Относительные размеры не обязательно приведены в масштабе. Предпочтительно, длина конструкции 500 гораздо больше ее ширины, так что практически катод 402 можно считать полосой, то есть полосообразным катодом. Катод 402 может быть изготовлен из гибкого листового металла с резиновой полосообразной подкладкой.

[0058] Кроме того, конструкция 500 может иметь впускные отверстия 510 для подачи электролита и выпускные отверстия 520, обеспечивающие выпуск электролита. В данном варианте выполнения выпускные отверстия 520 образованы промежутками между изоляционными разделителями 530. Помимо этого, конструкция 500 может содержать один или более опорных изоляторов 535. Изоляторы 535 и разделители 530 направляют электролит от впускных отверстий 510 к выпускным отверстиям 520 и предотвращают утечки и просачивание электролита по бокам и сзади. Все опорные изоляторы 535 и изоляционные разделители 530 предпочтительно имеют заданную толщину (измеряемую в направлении внутрь и наружу листа), обеспечивающую точно определенный межэлектродный промежуток между катодом 402 и заготовкой 106 (не показана на фиг.5).

[0059] Предпочтительно, на участки с нестабильным потоком электролита наносят изолирующее покрытие 540. Нестабильный поток электролита может вызвать нежелательное огрубление поверхности. К указанным участкам обычно относятся отверстия 510 для впуска электролита и отверстия 520 для выпуска электролита. Таким образом, как показано на фиг.5, изолирующее покрытие 540 нанесено на области, соответствующие впускным отверстиям 510 и выпускным отверстиям 520, а центр конструкции 500, в котором поток электролита сравнительно постоянен, остается необработанным.

[0060] На фиг.6 изображен гибкий двухкоординатный ГЭХ инструмент 600, выполненный согласно другому варианту выполнения данного изобретения. Многие компоненты, входящие в состав ГЭХ инструмента 600, могут быть похожими на компоненты ГЭХ инструмента 400, например, конструкция 500 полосообразного катода и автоматический толкатель 612. Кроме того, ГЭХ инструмент 600 может содержать опорные соединители 620, среди которых имеется по меньшей мере один неподвижный опорный соединитель (соединенный с поворотными соединительными элементами 630) и по меньшей мере один подвижный соединитель (присоединенный к неподвижному соединительному элементу 640). На своих нижних концах опорные соединители 620 могут быть соединены с катодной конструкцией 500 при помощи поворотных соединительных элементов 650, например, опорных подшипников. Более того, длина хода опорных соединителей 620 может меняться, и при этом опорные соединители оказывают равномерное давление.

[0061] Однако на своих верхних концах подвижные опорные соединители 620 могут быть соединены не со скользящими, а с поворотными соединительными элементами 630. Для облегчения понимания поворотные соединительные элементы 650 и 630 называют, соответственно, нижними и верхними поворотными соединительными элементами. Верхние поворотные соединительные элементы 630 позволяют поворачиваться крайним подвижным опорным соединителям, обеспечивая размещение укороченного в боковом направлении полосообразного катода 402 в процессе упругой деформации указанного катода. Подвижные опорные соединители могут выдвигаться или втягиваться не обязательно вертикально