CN104384643B - 航空发动机薄壁机匣电解加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种航空发动机薄壁机匣电解加工方法，属于电解加工技术领域。本发明主要针对航空领域复杂薄壁回转体零件表面凹凸结构的加工，其特点在于：工具阴极选用薄壁带状结构或刚性回转体结构，阴极表面分布形状各异的窗口或凸台结构。在加工过程中，工件阳极自转，工具阴极在周向运动的同时向阳极进给。整个加工过程中无需更换电极，薄壁回转体零件表面的凹凸结构通过阴极窗口的滚套电解作用一次性加工成型。

Description

航空发动机薄壁机匣电解加工方法
技术领域
本发明提出一种航空发动机薄壁机匣电解加工方法，属于电解加工技术领域。
背景技术
在电解加工中，所使用的工具阴极多为仿形的块状电极，利用块状电极的直线进给实现工件材料的去处。然而单一块状电极在很多情况下不能满足加工需求，在加工复杂回转体零件过程中需要不断更换电极以满足加工需求。
机匣作为航空发动机中的重要零件，是一种具有复杂凹凸型面的大型薄壁零件。机匣外型面有凸台、环带、栅格等复杂凹凸形状，其材料多数为高温耐热合金，在传统的机械加工中对刀具损耗很大，加工周期长，加工费用高，在铣削加工后残余应力大，工件易变形，需经过复杂的热处理工艺来消除变形。随着航空发动机机匣推重比的提高，为降低结构重量和提高强度，发动机机匣的壁厚将进一步减薄，更多地采用整体结构设计，加工难度将进一步加大。
电解加工是利用电化学反应去除工件材料，为非接触式加工。与传统机械加工相比，其具有加工工件表面无残余应力、无冷作硬化、无塑性变形、表面粗糙度低、无工具损耗等优点。因此电解加工适用于薄壁零件、空间曲面以及形状复杂的难切削材料的加工。
对于薄壁回转体机匣零件的电解加工技术目前主要通过多块工具阴极沿机匣型面法向进给的拷贝加工如专利“一种用于整体叶盘电解开槽加工的电极及加工方法”（申请号 200910248600.9 申请人 沈阳黎明航空发动机（集团）有限公司，发明人 徐斌 朱海南 白英纯 刘松 盛文娟 金文媞 王德新 刘海波），其采取分度、分块、分工布加工方式，用不同规格形状的阴极在不同工位上电解加工。在加工过程中需使用多个阴极进行加工，加工工序复杂，加工周期长。其次，在大面积电解加工过程中流场均匀性也很难得到保证。在专利“一种航空发动机机匣型面电解加工方法”（申请号 201310585584.9 申请人 成都发动机（集团）有限公司，发明人 李海宁 刘建 何恒 赵晓勇 张世贵）中，其通过专用夹具将待加工的机匣固定在机床工作台上，在对一个部位的型面加工完成后通过旋转工作台来加工下一个待加工部位，在加工过程中需不断调整工件位置直至所有型面加工完成。其在电解粗加工阶段的电流为16000~18000A，在精加工阶段的电流为15000~16000A，加工时电流很大，对电源设备要求较高。因此迫切需要寻求一种加工工序少、加工周期短、流场容易控制以及对加工设备要求较低的薄壁机匣电解加工方法。
发明内容
本发明的目的在于克服单一块状电极在电解加工过程中的不足以及目前航空发动机薄壁机匣加工的多工序、多阴极、加工周期长、流场难控制以及电源设备要求高等技术难题，提出一种阴极组件以及航空发动机薄壁机匣电解加工方法，利用单一整体电极一次性实现机匣型面加工。由于工具阴极与工件阳极的加工面积小，在加工过程中流场均匀性很容易得到保证，加工电流较小，对电源设备要求不高。
一种航空发动机薄壁机匣电解加工方法，该航空发动机薄壁机匣为回转体结构，且表面具有凹凸结构，其特征在于：工具阴极组件为柔性带状阴极组件；柔性带状阴极组件由第一轴、第二轴、安装于第一轴的主动轮、安装于第二轴的从动轮，安装于主动轮和从动轮上的同步带，固定于同步带外侧的柔性薄壁带状阴极组成；柔性薄壁带状阴极表面具有窗口结构或/和凸台结构；在加工过程中，将航空发动机薄壁机匣作为工件阳极固定在第三轴上，并随第三轴做匀速自转运动；对于柔性带状阴极组件，在加工过程中，第一轴带动主动轮匀速转动，通过同步带带动从动轮以及第二轴同步转动，实现柔性薄壁带状阴极的匀速周向运动；同时第一轴以及第二轴带动与其连接的主动轮、从动轮做向工件阳极进给或远离的直线运动。
根据所述的航空发动机薄壁机匣电解加工方法，其特征在于：在加工过程中，工件阳极与柔性薄壁带状阴极旋转方向相反，工件阳极旋转一周的时间与柔性薄壁带状阴极周向运动一圈的时间相同；所述柔性薄壁带状阴极表面的窗口结构或/和凸台结构与工件阳极表面的凹凸结构对应。
一种航空发动机薄壁机匣电解加工方法，该航空发动机薄壁机匣为回转体结构，且表面具有凹凸结构，其特征在于：工具阴极组件为刚性回转体阴极；刚性回转体阴极组件由第四轴、安装于第四轴的刚性回转体工具阴极组成；刚性回转体工具阴极表面具有凸台结构或/和窗口结构；在加工过程中，将航空发动机薄壁机匣作为工件阳极固定在第三轴上，并随第三轴做匀速自转运动；对于刚性回转体工具阴极组件，在加工过程中，第四轴带动刚性回转体阴极匀速转动；同时第四轴带动刚性回转体工具阴极向工件阳极进给或远离的直线运动。
根据所述的航空发动机薄壁机匣电解加工方法，其特征在于：在加工过程中，工件阳极与刚性回转体阴极的旋转方向相反，工件阳极旋转一周的时间与刚性回转体工具阴极周向运动一圈的时间相同；所述刚性回转体工具阴极表面的凸台结构或/和窗口结构与工件阳极表面的凹凸结构对应。
本发明的有益效果在于：
（1）提出了一种航空发动机薄壁机匣电解加工方法，该方法中的阴极为柔性薄壁带状阴极以及刚性回转体工具阴极，与传统单一仿形块状电极不同的是，柔性带状阴极或刚性回转体工具阴极表面具有窗口或/凸台结构。在加工过程中无需更换电极，实现薄壁机匣结构一次性加工成型。可以有效地解决传统电解加工中存在的流场不稳定、设备成本高、工序复杂以及加工周期长等问题。
（2）巧妙地控制工件阳极与工具阴极的旋转方向相反以及工件阳极旋转一周的时间与工具阴极周向运动一圈的时间相同，使得在旋转过程中工具阴极与工件阳极保持一一对应。将工具阴极上的窗口或凸台形状复制到工件阳极表面。
附图说明
图1是利用柔性带状阴极组件进行航空发动机薄壁机匣电解加工方法示意图；
图2是利用刚性回转体阴极组件进行航空发动机薄壁机匣电解加工方法示意图；
图中标号名称：1、工件阳极，2、柔性薄壁带状阴极，3、从动轮，4、主动轮，5、第一轴，6、第二轴，7、同步带，8、窗口结构，9、凸台结构，10、第三轴，11、供液喷管，12、刚性回转体工具阴极，13、第四轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施过程做详细介绍。
如图1所示，利用柔性带状阴极组件进行航空发动机薄壁机匣电解加工方法，主要包括工件阳极1，柔性薄壁带状阴极2，用于实现电极旋转与进给的第一轴5、主动轮4、从动轮3、第二轴6、同步带7、第三轴10，以及供液喷管11。所使用的工具阴极2为柔性环式带状结构，在加工过程中，第一轴5带动主动轮4匀速转动，通过同步带7带动从动轮3以及第二轴6同步转动，实现柔性薄壁带状阴极2的匀速周向运动；同时第一轴5以及第二轴6带动与其连接的主动轮4、从动轮3做向工件阳极1进给或远离的直线运动。
在加工过程中，工件阳极1与柔性薄壁带状阴极2的旋转方向相反，工件阳极1旋转一周的时间与柔性薄壁带状阴极2周向运动一圈的时间相同；所述柔性薄壁带状阴极2表面的窗口结构或/和凸台结构与工件阳极1表面的凹凸结构对应。
柔性带状阴极组件中的主动轮4带动从动轮3的设计结构可用单一的转轴代替，柔性带状阴极2可由刚性回转体阴极代替。
在加工过程中，供液喷管11对工件阳极1与工件阴极2之间的加工间隙进行供液，可根据实际加工状况调节供液流量及压力大小。
如图2所示，利用刚性回转体阴极组件进行航空发动机薄壁机匣电解加工方法，在加工过程中第四轴13带动刚性回转工具阴极12匀速转动，同时第四轴13带动刚性回转体工具阴极12向工件阳极1进给或远离的直线运动。
在加工过程中，工件阳极1与刚性回转体阴极12的旋转方向相反，工件阳极1旋转一周的时间与刚性回转体阴极12周向运动一圈的时间相同；所述刚性回转体阴极12表面的窗口结构或/和凸台结构与工件阳极1表面的凹凸结构对应。

Claims (2)

1.一种航空发动机薄壁机匣电解加工方法，该航空发动机薄壁机匣为回转体结构，且表面具有凹凸结构，其特征在于：
工具阴极组件为柔性带状阴极组件；柔性带状阴极组件由第一轴（5）、第二轴（6）、安装于第一轴（5）的主动轮（4）、安装于第二轴（6）的从动轮（3），安装于主动轮（4）和从动轮（3）上的同步带（7），固定于同步带（7）外侧的柔性薄壁带状阴极（2）组成；柔性薄壁带状阴极（2）表面具有凸台结构（9）或/和窗口结构（8）；
在加工过程中，将航空发动机薄壁机匣作为工件阳极（1）固定在第三轴（10）上，并随第三轴（10）做匀速自转运动；
对于柔性带状阴极组件，在加工过程中，第一轴（5）带动主动轮（4）匀速转动，通过同步带（7）带动从动轮（3）以及第二轴（6）同步转动，实现柔性薄壁带状阴极（2）的匀速周向运动；同时第一轴（5）以及第二轴（6）带动与其连接的主动轮（4）、从动轮（3）做向工件阳极（1）进给或远离的直线运动。
2.根据权利要求1所述的航空发动机薄壁机匣电解加工方法，其特征在于：
在加工过程中，工件阳极（1）与柔性薄壁带状阴极（2）旋转方向相反，工件阳极（1）旋转一周的时间与柔性薄壁带状阴极（2）周向运动一圈的时间相同；所述柔性薄壁带状阴极（2）表面的凸台结构（9）或/和窗口结构（8）与工件阳极（1）表面的凹凸结构对应。
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