CN102335789A - 一种去除叶片气膜孔内壁重熔层的装置及方法 - Google Patents

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于冰
朱海南
王德新
杨涧石
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Abstract

本发明提供了一种新的去除叶片气膜孔内壁重熔层的装置及方法，采用电解质-等离子加工，以完成叶片气膜孔内壁重熔层的均匀去除，其特征在于：该装置包括直流电源、控制系统、温度控制系统、过滤系统、液压系统；本发明的有益效果是：通过高压内冲液对叶片气膜孔内壁进行非浸液式加工，对微小孔的重熔层可有效去除，实施方便，余量均匀，不存在残佘重熔层，尺寸精度高，相对磨粒流方法可提高效率几十倍，大大提高了气膜冷却效果，延长了叶片的使用寿命。

Description

一种去除叶片气膜孔内壁重熔层的装置及方法
技术领域
本发明属于电加工技术领域，涉及航空发动机涡轮叶片气膜孔内壁重熔层去除的一种装置及工艺方法。
背景技术
涡轮叶片是航空发动机中的关键部件，为了提高发动机性能，沿涡轮叶片叶身方向分布了多排不同孔径的冷却气膜孔，目前普遍采用电火花高速打孔、激光打孔等方法加工，而这些加工方法均会在气膜孔内壁产生影响叶片质量的重熔层。目前国内外去除重熔层大都采用磨粒流等方法，加工效率低、成本高、余量去除不均匀且有残余重熔层；在试验中发现，带有残余重熔层的叶片由于震动疲劳等原因，容易形成微裂纹而导致断裂故障，严重影响发动机使用安全。
发明内容
本发明提供了一种精度高、效率高、成本低且可有效的去除叶片气膜孔重熔层的装置及工艺方法，即应用电解质-等离子加工技术进行叶片气膜孔重熔层的加工，以使发动机能够稳定工作，实施方便、无污染。
本发明的技术方案：主要采用―种新的电解质-等离子加工装置，通过工艺过程，以完成叶片气膜孔内壁重熔层的均匀去除，其特征在于：提供了一个新的电解质-等离子加工装置，该装置包括直流电源、控制系统、温度控制系统、过滤系统、液压系统，增加了一个改进的装夹通液装置，在工作箱2的预部增加一个转接头3，并在转接头3下面连接一个喷嘴4。
电解液循环系统提供温度恒定、清洁的电解液，电解加工过程中，温度升高超出规定值时，热交换机9对电解液降温，保持温度恒定，当电解液中电解产物较多，定期启动微过滤器11，排出电解产物，保持喷嘴4中提供清洁的电解液。
转接头3及喷嘴4下面连接了一套组合工装，该组合工装用于装夹固定叶片25，叶片25及组合工装通过两个垫块15、16安装在工作台上14上面，工作台14连接电源正极，转接头3与液压泵连接通以高速的电解液，电解液连接电源负极。
将叶片零件阳极、电解液阴极之间接通电，同时将一定压力的电解液以高压内冲液的方式对叶片气膜孔内壁的重熔层进行电解质-等离子加工，通入叶片内型腔的电解液由于压力的作用从叶片气膜孔排出到工作箱2内，电解液的高速流动极大地强化了电化学过程，使气膜孔内壁的重熔层溶解并随流动的电解液排出，加工参数直接影响重熔层的去除效果，本发明优选参数为：
电压：250～400伏特；
电流密度：0.15～0.4安培/平方厘米；
电能溶液的比率：0.05～0.5千瓦小时/平方分米；
电解液：2～8%的无机盐的溶液；
电解液温度：70℃～90℃；
压力：0.05～0.1Mpa。
本发明的有益效果：本发明提供的装置及方法对微小孔的重熔层去除，实施方便，余量均匀，不存在残佘重熔层，尺寸精度高，相对磨粒流方法可提高效率几十倍，大大提高了气膜冷却效果，延长了叶片的使用寿命。
附图说明
图1是本发明去除叶片气膜孔内壁重熔层的装置的结构示意图。
图2是本发明叶片及组合工装结构示意图。
图3是本发明电解质-等离子加工原理图。
图4是本发明叶片榫头端面及上橡胶垫示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。
如图1所示，为本发明去除叶片气膜孔内壁重熔层的装置的结构示意图，其中1是电源控制柜，2是工作箱，3是转接头，4是喷嘴，5是止回阀，6是液压泵，7、8是截止阀，9是热交换机，10是球阀，11是过滤器，12是球阀，13是电解液，14是工作台，15、16是垫块；改进的电解质-等离子加工装置包括机床和电解液循环系统，机床主体部分由电源控制柜1、工作箱2、转接头3和工作台14组成，保证工件安装定位和提供加工电源，电解液循环系统由两个球阀10和12、微过滤器11、液压泵6、两个截止阀7、8、止回阀5和热交换机9组成，控制电解液温度并排出电解产物。
图2是本发明叶片及组合工装结构示意图，其中17是压盖，18是上底座，19是下底座，20是大螺栓，21是小螺栓，22是垫片，23是小螺栓，24是大螺栓，25是叶片，26是橡胶垫；组合工装将叶片25固定夹紧，并通过两个垫块15、16安装在工作箱2内的工作台14上，压盖17与喷嘴4紧密结合，压盖17与上底座18为绝缘材料，避免接正极的叶片与电解液电极发生短路；叶片的叶尖及榫头端面分别放置不同作用的垫片和橡胶垫，垫片位于叶尖处,用于封闭叶片型腔，防止电解液从叶尖处渗流；橡胶垫位于榫头端面处，型面与榫头端面相同且紧密贴合，空心处用于流通电解液，其余实心部分用于保护未加工表面，榫头端面及橡胶垫示意图如图4所示，其中25是叶片榫头端面横截图，26是橡胶垫横截图。
图3是本发明电解质-等离子加工原理图，对被加工叶片25的内型腔中冲入电解液13并施加高压电，在燕表雨与电解液13之间形成由蒸气和天然气构成的气体层27，此时的即刻电压降低，电源1的功率强度作用在形成的气体层27上，由于高的局部电场电压强度，使局部突起产生气体电离化，电极则以脉冲和渗透方式将电流导入气体层27，由此，最大的放电概率是穿过气体层存在于零件表面微型突出的部分，电极所产生的作用则可以溶解工件表面的材料以达到去除重熔层的效果。
下面结合图1、图2、图4说明本发明方法的实施过程，具体步骤如下：
将叶片装夹在组合工装上，固定压紧；将安装好的叶片及组合工装与工作箱2内的喷嘴4相连接，在将叶片及组合工装固定在连接工作台14的两个垫块15、16上，如图1所示；连接导线、工作台14与电源控制柜1正极相连，转接头3与电源控制柜1负极相连；配制好电解液，启动温度控制系统，保证电解液温度恒定；将电解液通入转接头3处，接通电源控制器并设定加工参数；施加高压内冲液，叶片加工1分钟后，停止加工，断开电源控制柜1；对叶片孔径大小进行测量，满足要求的叶片，拆卸下来迸行外观检查，不满足要求的叶片继续进行加工，实现精度高、余量均匀、无污染的叶片气膜孔内壁重熔层的加工。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请范围；凡其他未脱离本发明所揭示的实质下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种去除叶片气膜孔内壁重熔层的装置，结构包括直流电源、控制系统、温度控制系统、过滤系统、液压系统；其特征在于：所述去除叶片气膜孔内壁重熔层的装置还包括一个装夹通液装置，在工作箱（2）的顶部设有转接头（3），在转接头（3）下面连接有喷嘴（4）。
2.如权利要求1所述的去除叶片气膜孔内壁重熔层的装置，其特征在于：所述转接头（3）和喷嘴（4）下面连接了一套组合工装，该组合工装用于装夹固定叶片（25），叶片（25）及组合工装通过两个垫块（15）、（16）安装在工作台上（14）上面，工作台（14）连接电源正极，转接头（3）与液压泵连接通以高速的电解液，电解液连接电源负极。
3.一种去除叶片气膜孔内壁重熔层的方法，其特征在于：将叶片零件阳极、电解液阴极之间接通电，同时将一定压力的电解液以高压内冲液的方式对叶片气膜孔内壁的重熔层进行电解质-等离子加工，通入叶片内型腔的电解液由于压力的作用从叶片气膜孔排出到工作箱2内，电解液的高速流动极大地强化了电化学过程，使气膜孔内壁的重熔层溶解并随流动的电解液排出，加工参数直接影响重熔层的去除效果。
4.如权利要求3所述的去除叶片气膜孔内壁重熔层的方法，其特征在于：
所述加工参数为：电压：250～400伏特；
电流密度：0.15～0.4安培/平方厘米；
电能溶液的比率：0.05～0.5千瓦小时/平方分米；
电解液：2～8%的无机盐的溶液；
电解液温度：70℃～90℃；
压力：0.05～0.1MPa。
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