CN103990875B - 提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其包括如下步骤：(a)粗加工叶片通道：使用左侧组合电极、右侧组合电极分别从涡轮盘左右两侧电火花加工入口区域、出口区域；直至加工到入口区域、出口区域各剩余三分之一的加工余量；(b)半精加工叶片通道：使用单个半精加工左电极、单个半精加工右电极分别从涡轮盘左右两侧电火花半精加工通道喉部区域，使通道喉部区域处于贯通状态；(c)精加工叶片通道：使用单个精加工左电极、单个精加工右电极分别从涡轮盘左右两侧电火花精加工叶片通道到位。本发明方法实现电极快速装夹、更换，减少辅助时间，提高机床利用率，更换无需二次找正。
Description
技术领域
本发明属于航天或航空特种加工技术领域，具体涉及一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法。
背景技术
整体式涡轮盘是航空、航天发动机的核心部件，它在高温、高转速工况下运行，承受强烈的热冲刷与振动载荷，其工作状况非常恶劣，涡轮盘设计结构的先进性直接影响到发动机性能的优劣、可靠性的高低。因此整体式涡轮盘加工技术历来都是航空航天发动机的核心关键制造技术之一。整体式涡轮盘可分为不带叶冠开放式和带叶冠半封闭式两类，其中带叶冠半封闭式整体涡轮盘(以下简称带叶冠整体式涡轮盘)代表了当今国际上航空航天发动机的发展趋势，如图1所示。
航空航天发动机采用带叶冠整体式涡轮盘先进结构设计带来优越性能的同时，对零件的加工制造也带来了严重的困难。目前国际上加工整体式涡轮盘方法主要有：多轴数控铣削加工、电解加工、粉末冶金与热等静压、多轴联动数控电火花加工等。
由于五轴以上数控电火花加工技术可实现多轴联动的运动控制，能完成非常复杂的空间轨迹进给运动，能灵活地解决小通道叶片加工过程中电极与叶片的干涉问题，因此多轴联动数控电火花加工技术是我国目前能实现带叶冠整体式涡轮盘工程化生产理想的加工技术手段。但是数控电火花加工方法本身加工效率很低是带叶冠整体式涡轮盘工程化生产中急需解决的难题。
电火花加工过程就是电极进行仿形复制加工的过程，所以电极的设计、制造直接关系电火花加工的结果。尤其带叶冠涡轮盘结构复杂，电极设计、制造能力要求高。现在普遍采用三维设计、干涉检查、轨迹搜索。电极材料主要采用紫铜、石墨、铜钨等材料，可以利用数控铣、多轴联动电火花线切割加工等手段加工，由于发动机涡轮盘电极加工部位比较薄，加工过程容易变形，所以数控电火花线切割加工是比较适宜的加工方法。
目前，带叶冠涡轮盘电火花加工时采用单电极加工，如图2所示，存在加工效率低下、非生产性工作占用装备有效加工时间长等问题。
发明内容
本发明提供一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其能够解决带叶冠整体式涡轮盘叶片电火花工艺加工效率低下、非生产性工作占用装备有效加工时间长等问题。
实现本发明目的的技术方案：一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其采用电火花加工方法加工带叶冠涡轮盘的叶片通道；所述的叶片通道包括入口区域、通道喉部区域、出口区域；该方法包括如下步骤：
(a)粗加工叶片通道
使用左侧组合电极、右侧组合电极分别从涡轮盘左右两侧电火花加工入口区域、出口区域；直至加工到入口区域、出口区域各剩余三分之一的加工余量；所述的左侧组合电极通过连接块将3～4个电极组合在一起，形成左侧组合电极，电极与连接块装配位置与对应涡轮盘的叶片通道位置及角度相对应；所述的右侧组合电极通过连接块将3～4个电极组合在一起，形成右侧组合电极，电极与连接块装配位置与对应涡轮盘的叶片通道位置及角度相对应；加工电流为20～25A；左侧组合电极、右侧组合电极的加工面积均在800～1000mm2；冲液压力位0.25～0.35MPa；
(b)半精加工叶片通道
使用单个半精加工左电极、单个半精加工右电极分别从涡轮盘左右两侧电火花半精加工通道喉部区域，使通道喉部区域处于贯通状态；加工电流为10～12A；冲液压力位0.15～0.25MPa；
(c)精加工叶片通道
使用单个精加工左电极、单个精加工右电极分别从涡轮盘左右两侧电火花精加工叶片通道到位；加工电流为10～12A；冲液压力位0.15～0.25MPa。
如上所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其所述的左侧组合电极设计采用与涡轮盘的叶片通道仿形设计原则，3～4个电极通过螺钉与连接块连接定位，单个电极在连接块的均分角度与对应涡轮盘的叶片相对应。
如上所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其所述的右侧组合电极设计采用与涡轮盘的叶片通道仿形设计原则，3～4个电极通过螺钉与连接块连接定位，单个电极在连接块的均分角度与对应涡轮盘的叶片相对应。
如上所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其所述的带叶冠涡轮盘在Φ220mm的直径上均布了21个叶片，单个叶片总长度约为61mm，并且进出口相对于轴心有10度的夹角。
如上所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其所述的粗加工叶片通道、半精加工叶片通道、精加工叶片通道的具体加工条件如下表所示，
如上所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其所述的左侧组合电极、右侧组合电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小1.0～1.6mm；所述的单个半精加工左电极、单个半精加工右电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小0.6～0.8mm；所述的单个精加工左电极、单个精加工右电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小0.4～0.5mm。
本发明的效果在于：本发明所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其优化粗加工电极设计，采用组合式电极设计，突破了原有的传统单个电极设计方式。组合电极增加加工放电面积，适应大电流加工，提高涡轮盘电火花加工效率30％以上。同时由于组合式电极采用工装固定组合，每个电极可以根据实际加工情况更换，降低了成本。本发明方法实现电极快速装夹、更换，减少辅助时间，提高机床利用率。采用组合电极加工后，电极工装装夹、找正后，电极装夹、更换无需二次找正，大大减少了电极找正所需的辅助时间。使电火花加工装备最大限度地减少非生产性工作，同时也降低了操作者的劳动强度。
附图说明
图1为带叶冠涡轮盘结构示意图；
图2为原单电极加工示意图；
图3为单个左电极示意图；
图4为单个右电极示意图；
图5为一种组合电极加工示意图
图6为另一种组合电极加工示意图
图中：1.叶片；2.通道喉部区域；3.入口区域；4.出口区域；5.左电极；6.右电极；7.连接块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法作进一步描述。
实施例1
如图1所示，带叶冠涡轮盘Φ220mm的直径上均布了21个叶片，并且进出口相对于轴心还有10度的夹角，叶片不但细长而且栅距大。根据计算，单个叶片总长度约为61mm，重心位置位于叶片尾缘圆心，叶片绝大部分偏离叶轮中心线，叶片横跨圆周17.14°，该结构对于电极设计提出更高的要求。
采用本发明所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，所述的叶片通道包括入口区域3、通道喉部区域2、出口区域4；
其包括如下步骤：
(a)粗加工叶片通道
如图5所示，使用左侧组合电极、右侧组合电极分别从涡轮盘左右两侧电火花加工入口区域3、出口区域4；直至加工到入口区域3、出口区域4各剩余三分之一的加工余量；
所述的左侧组合电极通过连接块7将3个电极组合在一起，形成左侧组合电极，电极与连接块装配位置与对应涡轮盘的叶片通道位置及角度相对应；该左侧组合电极设计采用与涡轮盘的叶片通道仿形设计原则，3个电极通过螺钉与连接块7连接，单个电极在连接块7的均分角度与对应涡轮盘的叶片相对应。
所述的右侧组合电极通过连接块将3个电极组合在一起，形成右侧组合电极，电极与连接块装配位置与对应涡轮盘的叶片通道位置及角度相对应；；
该右侧组合电极设计采用与涡轮盘的叶片通道仿形设计原则，3个电极通过螺钉与连接块连接定位，单个电极在连接块的均分角度与对应涡轮盘的叶片相对应。
加工电流为22A；左侧组合电极、右侧组合电极的加工面积均在1000mm2；冲液压力位0.3MPa；
具体加工条件如下表1所示
表1
(b)半精加工叶片通道
使用单个半精加工左电极、单个半精加工右电极分别从涡轮盘左右两侧电火花半精加工通道喉部区域2，使通道喉部区域2处于贯通状态；加工电流为10A；冲液压力位0.2MPa；
具体加工条件如下表2所示
表2
(c)精加工叶片通道
使用单个精加工左电极、单个精加工右电极(如图3、图4所示)分别从涡轮盘左右两侧电火花精加工叶片通道到位；加工电流为10A；冲液压力位0.2MPa。
具体加工条件如下表3所示
表3
从图1可以看出，叶片通道两侧的入口区域3、出口区域4较为开放，电极电火花进给轨迹简单，有利于设计成组合电极以适应大面积电火花放电加工；而叶片通道的喉部区域2很狭窄且跨度大，进给轨迹需要复杂，无法实现组合电极，需要独立电极分步加工。
根据电火花工艺设计原则及带叶冠涡轮盘工艺特点分析，组合电极的个数不宜过多，电极组合个数其一取决于加工面积，加工面积应与加工电流匹配，达到加工效率的最优组合。随着组合电极的数量的增多，电极的加工跨度越大，累计误差加大，加工精度随之下降，影响产品质量。综合考虑上述因素，左侧组合电极组合数为3个；右侧组合电极组合数为3个。所述的左侧组合电极、右侧组合电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小1.0～1.6mm(例如：1.0mm、1.3mm或1.6mm)；所述的单个半精加工左电极、单个半精加工右电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小0.6～0.8mm(例如：0.6mm、0.7mm或0.8mm)；所述的单个精加工左电极、单个精加工右电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小0.4～0.5mm(例如：0.4mm或0.5mm)。
样件加工检验结果，电火花尺寸全部满足产品技术要求，加工效率提高30％以上。采用多个单电极利用工装进行组合的方式，增大涡轮盘电火花加工的放电面积，进而达到增大放电电流，提高加工效率的目的。同时缩短电极更换时间，提高机床有效加工时间。
实施例2
采用本发明所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，所述的叶片通道包括入口区域3、通道喉部区域2、出口区域4；
其包括如下步骤：
(a)粗加工叶片通道
如图6所示，使用左侧组合电极、右侧组合电极分别从涡轮盘左右两侧电火花加工入口区域3、出口区域4；直至加工到入口区域3、出口区域4各剩余三分之一的加工余量；
所述的左侧组合电极通过连接块将4个电极组合在一起，形成左侧组合电极，电极与连接块装配位置与对应涡轮盘的叶片通道位置及角度相对应；该左侧组合电极设计采用与涡轮盘的叶片通道仿形设计原则，3个电极通过螺钉与连接块连接定位，单个电极在连接块的均分角度与对应涡轮盘的叶片相对应。
所述的右侧组合电极通过连接块将3个电极组合在一起，形成右侧组合电极，电极与连接块装配位置与对应涡轮盘的叶片通道位置及角度相对应；；该右侧组合电极设计采用与涡轮盘的叶片通道仿形设计原则，3个电极通过螺钉与连接块连接定位，单个电极在连接块的均分角度与对应涡轮盘的叶片相对应。
加工电流为25A；左侧组合电极、右侧组合电极的加工面积均在1200mm2；冲液压力位0.3MPa；
具体加工条件如下表4所示
表4
(b)半精加工叶片通道
使用单个半精加工左电极、单个半精加工右电极分别从涡轮盘左右两侧电火花半精加工通道喉部区域2，使通道喉部区域2处于贯通状态；加工电流为10A；冲液压力位0.2MPa；
具体加工条件如下表5所示
表5
(c)精加工叶片通道
使用单个精加工左电极、单个精加工右电极分别从涡轮盘左右两侧电火花精加工叶片通道到位；加工电流为10A；冲液压力位0.2MPa。
具体加工条件如下表6所示
表6
所述的左侧组合电极、右侧组合电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小1.0～1.6mm(例如：1.0mm、1.3mm或1.6mm)；所述的单个半精加工左电极、单个半精加工右电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小0.6～0.8mm(例如：0.6mm、0.7mm或0.8mm)；所述的单个精加工左电极、单个精加工右电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小0.4～0.5mm(例如：0.4mm或0.5mm)。
Claims (3)
1.一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其采用电火花加工方法加工带叶冠涡轮盘的叶片通道；所述的叶片通道包括入口区域(3)、通道喉部区域(2)、出口区域(4)；
其特征在于，该方法包括如下步骤：
(a)粗加工叶片通道
使用左侧组合电极、右侧组合电极分别从涡轮盘左右两侧电火花加工入口区域(3)、出口区域(4)；直至加工到入口区域(3)、出口区域(4)各剩余三分之一的加工余量；
所述的左侧组合电极通过连接块(7)将3～4个电极组合在一起，形成左侧组合电极，电极与连接块装配位置与对应涡轮盘的叶片通道位置及角度相对应；所述的右侧组合电极通过连接块将3～4个电极组合在一起，形成右侧组合电极，电极与连接块装配位置与对应涡轮盘的叶片通道位置及角度相对应；
加工电流为20～25A；左侧组合电极、右侧组合电极的加工面积均在800～1000mm2；冲液压力位0.25～0.35MPa；
(b)半精加工叶片通道
使用单个半精加工左电极、单个半精加工右电极分别从涡轮盘左右两侧电火花半精加工通道喉部区域(2)，使通道喉部区域(2)处于贯通状态；加工电流为10～12A；冲液压力位0.15～0.25MPa；
(c)精加工叶片通道
使用单个精加工左电极、单个精加工右电极分别从涡轮盘左右两侧电火花精加工叶片通道到位；加工电流为10～12A；冲液压力位0.15～0.25Mpa；
该方法所述的左侧组合电极设计采用与涡轮盘的叶片通道仿形设计原则，3～4个电极通过螺钉与连接块(7)连接定位，单个电极在连接块(7)的均分角度与对应涡轮盘的叶片相对应；
该方法所述的右侧组合电极设计采用与涡轮盘的叶片通道仿形设计原则，3～4个电极通过螺钉与连接块连接定位，单个电极在连接块的均分角度与对应涡轮盘的叶片相对应；
所述的左侧组合电极、右侧组合电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小1.0～1.6mm；所述的单个半精加工左电极、单个半精加工右电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小0.6～0.8mm；所述的单个精加工左电极、单个精加工右电极的电极放电尺寸相对应加工尺寸减小0.4～0.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其特征在于：所述的带叶冠涡轮盘在Φ220mm的直径上均布了21个叶片(1)，单个叶片总长度约为61mm，并且进出口相对于轴心有10度的夹角。
3.根据权利要求2所述的一种提高带叶冠涡轮盘电火花加工效率的组合电极加工方法，其特征在于：所述的粗加工叶片通道、半精加工叶片通道、精加工叶片通道的具体加工条件如下表所示，
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