CN103028794A

CN103028794A - 阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法及装置

Info

Publication number: CN103028794A
Application number: CN2012105171746A
Authority: CN
Inventors: 朱荻; 刘嘉; 徐正扬; 朱栋
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-12-06
Also published as: CN103028794B

Abstract

本发明涉及一种阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法及装置，属于电解加工领域。该方法特点在于工具阴极一边沿叶盘径向进给，一边在叶盆和叶背之间摆动，以此实现叶盆、叶背、叶根和轮毂型面同时加工；并且工具阴极在叶盆和叶背之间摆动幅度随着工具阴极与叶根越接近其摆动幅度越大。本发明克服整体叶盘电解加工中难以同时兼顾叶间通道中叶盆叶背型面与叶根轮毂型面的难题，避免已加工型面在后续加工中遭到二次蚀除，提高了加工精度。

Description

阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法及装置

技术领域

本发明涉及一种阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法及装置，属于电化学加工技术领域。

背景技术

随着航空工业的不断发展，对航空发动机的性能要求越来越高，许多新技术与新结构应运而生，其中之一就是整体叶盘。整体叶盘将叶片与轮毂制成一个整体，替代了传统叶盘通过叶片榫头与轮毂榫槽再加锁片的联接结构，使零件数量大幅降低，重量减轻，同时避免了榫头榫槽中的气流损失，提高了推力。但是整体叶盘结构复杂，叶间通道狭窄、叶片型面加工精度高，其材料通常采用高温合金、钛合金等难加工材料，所以其制造技术一直以来都是制造领域的重大难题之一。

电解加工是利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解的原理将工件加工成形的一种特种加工方法。具有工具无损耗、成本低、生产效率高、加工表面质量好、与材料硬度无关等优点在加工高温合金、钛合金等难加工复杂形状零件方面具有显著优势，已逐步成为整体叶盘批量生产的重要方法之一。

现有的整体叶盘电解精密电解加工方法中，主要是采用成对工具阴极分别对应单个叶片的叶盆与叶背型面，进给方式通常采用双阴极相向进给或沿一定角度相向进给，一次完成单个叶片的叶盆与叶背型面加工，加工完一片叶片后经叶盘分度再加工下一片叶片（如美国专利US-4657649与日本专利JP1-222820A公开的整体叶盘电解加工方法）。上述成对工具阴极相向进给加工单个叶片的加工方法可以获得叶片型面较好的成型精度，但是加工完一片叶片后，在加工相邻的另一片叶片时，已加工完的叶片将暴露在加工区中造成二次蚀除，降低了已加工叶片的成型精度。同时，该类加工方法仅加工叶片型面，叶根及轮毂型面并无进给量，始终处于杂散蚀除状态，其精度与表面质量难以控制，虽然美国专利US-4657649中采用阴极成一定角度的斜向进给使阴极向叶根及轮毂处进给，但是加工下一片叶片时，在叶根及轮毂处仍然不可避免的会出现“接刀”，仍然存在一定局限性。因此，有必要设计一种既能保证叶片成型精度，又能兼顾叶根以及轮毂型面加工的整体叶盘精密电解加工方法，并设计实现该加工方法的装置。

发明内容

本发明目的在于克服整体叶盘电解加工中难以同时兼顾叶间通道中叶盆叶背型面与叶根轮毂型面的难题，避免已加工型面在后续加工中遭到二次蚀除，提出了一种工具阴极变振幅多向往复进给的整体叶盘精密电解加工方法，可同时对整体叶盘叶间通道中叶盆、叶背、叶根以及轮毂型面进行全型面精加工，并提供了一种用于实现该加工方法的装置。

一种阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法，其特征在于：（1）、工具阴极按照叶间通道中叶盆、叶背、叶根及轮毂型面设计并制造，即工具阴极左右两侧型面分别按照整体叶盘相邻两片叶片的叶盆和叶背设计并制造，工具阴极前端型面按照整体叶盘叶根及轮毂形状设计并制造；（2）、电解液流动方式采用侧流式，即电解液由叶背或叶盆流经叶根轮毂再从叶盆或叶背侧流出；（3）、工具阴极与加工电源负极相连，叶盘毛坯与加工电源正极相连，加工电源采用直流电源或脉冲电源；（4）、加工时，工具阴极一边沿叶盘径向进给，一边在叶盆和叶背之间摆动，以此实现叶盆、叶背、叶根和轮毂型面同时加工；并且工具阴极在叶盆和叶背之间摆动幅度随着工具阴极与叶根越接近其摆动幅度越大。

实现所述阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法的阴极往复进给装置，其特征在于：包括安装于基座上的摇杆支座、回转盘支座和摆动轨迹导轨进给机构；还包括作为摇杆的直线导轨，直线导轨一端安装于于摇杆支座上，另一端通过曲柄滑块与回转盘连接，回转盘安装在回转盘支座上；摆动轨迹导轨进给机构还连接着摆动轨迹导轨；摆动轨迹导轨上安装有导轨滑块，直线导轨上安装有摇杆滑块，摇杆滑块和导轨滑块通过旋转连接机构连接；阴极工具安装在导轨滑块上。

本发明的有益效果在于

1、本发明提供了一种可同时兼顾整体叶盘叶间通道中叶盆、叶背、叶根及轮毂型面的电解加工方法，通过变振幅多向往复进给装置使阴极工具交替加工叶间通道内叶盆型面、叶背型面、叶根与轮毂型面，仅一次加工即可将叶间通道内的全部型面精加工。

2、使用该方法加工完一个叶间通道内全部型面后，通过分度装置加工下一个通道时，已加工型面未暴露于下一次加工的加工区中，从而可以有效避免后续加工对已加工型面的二次蚀除，保护已成型型面。

3、采用变振幅多向往复进给方法，控制工具阴极快速往复地在加工区中运动，加工间隙周期性扩大缩小使加工间隙中的电解液产生频繁的挤压与抽吸现象，该现象可显著提高加工间隙中电解液的更新速度，使电解加工中产生的电解产物与气泡迅速抛离加工间隙，有利于提高加工稳定性。

4、本发明通过控制侧向往复运动的振幅将传统阴极径向进给难以避免的侧面腐蚀转化为端面进给，为多向进给同时加工多个型面题提供了一种新思路。该方法可以应用于复杂型腔类零件的电解精密电解加工。

5、本发明提供了一种变振幅多向往复进给装置，通过进给装置控制摆动轨迹导轨与摇杆摆转中心（即摇杆支座）之间的距离，即可实现往复运动振幅的控制，可实现电极往复运动振幅从零逐渐扩大至数毫米；通过调整摇杆摇动频率，即可实现阴极往复运动频率调节。该装置突破了传统阴极辅助振动电解加工中阴极仅沿进给方向振动且振幅量不可调的限制，除了可用于电解加工领域外，该装置还可应用于电火花加工等其他领域。

附图说明

图1为阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工系统；

图2为阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工过程示意图；

图3为阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工装置原理示意图；

图4 为阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工装置示意图；

图中标号名称：1、整体叶盘毛坯，2、叶背加工区，3、叶根及轮毂加工区，4、阴极工具，5、叶盆加工区，6、水管，7、流量计，8、泵，9、电解加工电源，10、过滤器，11、电解液槽，12、整体叶盘毛坯，13、工具阴极，14、阴极大幅度往复运动，15、加工出的叶片，16、圆弧形导轨，17、两滑块通过铰链连接，18、曲柄，19、摇杆，20、整体叶盘毛坯，21、分度转台，22、摇杆支座，23、阴极工具，24、摇杆滑块，25、旋转连接机构，26、摆动轨迹导轨，27、导轨滑块，28、摆动轨迹导轨进给机构，29、直线导轨，30、回转盘，31、回转盘支座，32、曲柄滑块。

具体实施方法

实施本发明——“阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法及装置”如图1所示，其包括将整体叶盘毛坯1与电解加工电源9正极连接，阴极工具4与电解加工电源9负极连接；电解液循环系统是由水管将泵8、流量计7、过滤器10及电解液槽11连接成环路，通过泵8将电解液从电解液槽11抽出，使电解液从叶背加工区2)或叶盆加工区5）流入，流经叶根及轮毂加工区3，由叶盆加工区5（或叶背加工区2）流出；加工时打开电解加工电源9，运动系统控制阴极工具4由静止开始绕整体叶盘毛坯1轴线作往复运动，振幅量逐步增加，同时沿整体叶盘毛坯1径向进给，直至加工完成。

图2所示为阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工过程示意图，其包括阴极工具13位于加工初始位置对整体叶盘毛坯12进行加工，由静止开始微幅侧向往复运动，同时沿整体叶盘毛坯12径向进给，如图2（a）所示。阴极运动幅度由微幅逐渐增至大幅度往复运动14，直至叶盆、叶背、叶根及轮毂型面加工到位，如图2（b）所示。加工结束后阴极工具13退出加工区，如图2（c）所示。整体叶盘毛坯12经分度后阴极工具13进入相邻的下一个加工区，重复上述加工直至加工完成，如图2（d）、（e）所示。加工完两相邻叶间通道后，两叶间通道中间即为加工出的叶片15，如图2（f）所示。

图3所示为阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工装置原理示意图，其包括将摇杆19（O₁A）与曲柄18（O₂B）通过滑块连接，当曲柄18绕O₂点作旋转运动时，滑块带动摇杆19绕O₁点作往复运动，图中O₁A与O₁A’为往复运动极限位置。圆弧形导轨16其弧度中心投影位于O₁ O₂延长线上，与摇杆分层放置，其上安装的滑块与摇杆上安装的滑块通过铰链17连接，当圆弧形导轨16位于CD位置时，曲柄18旋转带动摇杆19从O₁A位置运动至O₁A’位置，相互连接的两滑块17将从位置E沿圆弧形导轨移动至位置F，运动幅度为圆弧EF。若有进给装置使圆弧形导轨16由CD位置平动至C’D’，相互连接的两滑块17将从位置E’沿圆弧形导轨移动至位置F’，运动幅度为圆弧E’F’，其往复运动幅度显著增加。当圆弧形导轨CD经过摇杆19摇动中心点O₁时，运动幅度显然为零。调节曲柄(18)转速可控制往复运动频率，调节圆弧形导轨16与摇杆回转中心O₁距离可实时控制往复运动幅度，通过该原理可设计变振幅多向往复进给装置。

图4所示为阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工装置示意图，其包括将整体叶盘毛坯20安装在分度转台21上，用直线导轨29担任摇杆，一端固定在摇杆支座22上，另一端与回转盘30通过曲柄滑块32连接。回转盘30安装在回转盘支座31上。直线导轨29上装有摇杆滑块24，该滑块通过旋转连接机构25与导轨滑块27连接，导轨滑块27同时安装在摆动轨迹导轨26上，阴极工具23即安装在导轨滑块27上。装置工作时回转盘30转动带动直线导轨29以一定角度摇动。当摇杆滑块24正好位于直线导轨29回转中心上时阴极工具为静止。

通过进给装置使摆动轨迹导轨26向远离直线导轨29回转中心方向运动，阴极往复运动幅度逐渐增大；同时分度转台21以较低速度与摆动轨迹导轨26通向运动，其速度差即为阴极工具23沿径向进给速度。通过该装置可实现上述工具阴极变振幅多向往复进给的整体叶盘精密电解加工。

Claims

1.一种阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法，其特征在于：

（1）、工具阴极按照叶间通道中叶盆、叶背、叶根及轮毂型面设计并制造，即工具阴极左右两侧型面分别按照整体叶盘相邻两片叶片的叶盆和叶背设计并制造，工具阴极前端型面按照整体叶盘叶根及轮毂形状设计并制造；

（2）、电解液流动方式采用侧流式，即电解液由叶背或叶盆流经叶根轮毂再从叶盆或叶背侧流出；

（3）、工具阴极与加工电源负极相连，叶盘毛坯与加工电源正极相连，加工电源采用直流电源或脉冲电源；

（4）、加工时，工具阴极一边沿叶盘径向进给，一边在叶盆和叶背之间摆动，以此实现叶盆、叶背、叶根和轮毂型面同时加工；并且工具阴极在叶盆和叶背之间摆动幅度随着工具阴极与叶根越接近其摆动幅度越大。

2.根据权利要求1所述的阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法，其特征在于：上述工具阴极在叶盆和叶背之间摆动，其摆动轨迹为弧线。

3.根据权利要求1所述的阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法，其特征在于：整体叶盘直径大，叶片数量多，其轮毂型面接近平面时，上述工具阴极在叶盆和叶背之间摆动，其摆动轨迹直线。

4.实现权利要求1所述阴极变幅多向往复进给的整体叶盘电解加工方法的阴极往复进给装置，其特征在于：

包括安装于基座上的摇杆支座（22）、回转盘支座（31）和摆动轨迹导轨进给机构（28）；还包括作为摇杆的直线导轨（29），直线导轨（29）一端安装于于摇杆支座（22）上，另一端通过曲柄滑块（32）与回转盘（30）连接，回转盘（30）安装在回转盘支座（31）上；摆动轨迹导轨进给机构（28）还连接着摆动轨迹导轨（26）；摆动轨迹导轨（26）上安装有导轨滑块（27），直线导轨（29）上安装有摇杆滑块（24），摇杆滑块（24）和导轨滑块（27）通过旋转连接机构（25）连接；阴极工具（23）安装在导轨滑块（27）上。

5.根据权利要求4所述的阴极往复进给装置，其特征在于：上述摆动轨迹导轨（26）为弧线导轨。

6.根据权利要求4所述的阴极往复进给装置，其特征在于：整体叶盘直径大，叶片数量多，其轮毂型面接近平面，上述摆动轨迹导轨（26）为直线导轨。