CN106944686A - 叶片分区独立供液且有气闭层的电解加工夹具及方法 - Google Patents

Abstract

本文涉及一种叶片分区独立供液且有气闭层的电解加工夹具及方法，属于电解加工领域。该夹具上设置有叶盆电解液供液通道、叶背电解液供液通道、进气边电解液供液通道和排气边电解液供液通道；上述四个供液通道的出口设置在叶根处；叶背工具阴极、叶盆工具阴极与夹具体内部上、下壁面存在上、下配合间隙；在上述夹具上与叶片进气边和排气边对应的位置分别设置有气压注入上口和气压注入下口，它们分别与对应的上配合间隙、下配合间隙联通。通过气压注入上口和气压注入下口注入空气，形成稳定的气体封闭层，提高流场的稳定性，提高进排气边部分的重复精度。

Description

叶片分区独立供液且有气闭层的电解加工夹具及方法

技术领域

本发明涉及一种叶片分区独立供液且有气闭层的电解加工夹具及方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

电解加工是一种特种加工技术，它是利用电化学阳极溶解原理去除材料的加工方法。具有加工速度快，表面质量好，工具无损耗，无宏观切削力，不受材料强度、韧性、硬度限制等突出优点，在航空航天、兵器、汽车、模具等行业中得到了广泛的应用。尤其在航空发动机叶片的制造过程中，电解加工技术更加显示出其优越性。

叶片是航空发动机的关键零件之一，其形状越来越复杂，出现了超薄、扭曲、低展弦比叶片，且加工精度和表面质量要求都较高，所以对电解加工设备，包括机床、夹具等也提出了更高的要求。国内外一直致力于提高叶片电解加工精度和表面质量方面的研究。

为改善加工区域的流场，多种流场结构和供液方式被相继提出：从叶尖到叶根供液，从叶根到叶尖供液，从进气边到排气边与叶根到叶尖复合供液。从进气边到排气边供液方式与叶尖到叶根供液都是被动分流，在工作液刚进入加工区域时被叶片分为两股，这样会造成入口部分的流场不稳定，且叶盆叶背流场分配不均匀；从叶根到叶尖的供液方式是主动分流（见专利“叶片加工中主动控制式电解液流动方法及电解液循环系统”，申请号200810020457.3），两股工作液分别沿着叶盆和叶背型面从叶根快速流至叶尖，并在叶尖交汇流出加工区域，但是这种供液方式没有考虑进排气边部分的流场稳定性，两股工作液在叶片进排气边部分会发生交汇，虽然此夹具能够为进排气边部分提供充足的加工介质，但是交汇的工作液会导致此部分流场不稳定，甚至产生旋涡导致工作产物排出不畅，同时工作液会在叶盆阴极和叶背阴极的间隙泄露出加工区域，两个综合因为导致叶片进排气边部分流场不稳定，无法获得较高的加工重复性。为了减小叶片进排气边部分流场受型面部分工作液的影响，减少工作液向两侧外泄，有研究者提出,错合型阴极、环形供液的夹具（见专利“错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统及方法”，申请号CN201610395785.6），但是没有有效的改善流场的闭域性，仍然会有工作液从间隙泄漏；虽然此种环形流的供液方式可以实现为进排气边部分供液，但是无法单独调节，型面部分的流场对进排气部分流场影响仍然较大。

发明内容

本发明为了实现对航空发动机叶片电解加工过程中，分别对叶片型面部分和进排气部分单独供液，以及加工过程中流场的封闭，而设计的叶片分区独立供液且有气闭层的电解加工方法及夹具。通过左右两路对型面部分供液，上下两路对进排气部分供液，降低流场在进气边、排气部分受叶盆型面、叶背型面部分流场的影响，在进排气边上下两侧为加工区域注入气体形成气闭层，从而提高此部分流场的稳定性，提高叶片进排气边加工精度和重复精度。

一种叶片分区独立供液且有气闭层的电解加工夹具，其特征在于：

该夹具上设置有叶背电解液供液通道、叶盆电解液供液通道、进气边电解液供液通道和排气边电解液供液通道；上述四个供液通道的出口分别设置在叶片叶盆型面叶根处、叶背型面叶根处、进气边型面叶根处、排气边型面叶根处；

叶背工具阴极、叶盆工具阴极与夹具体内部上、下壁面存在上配合间隙、下配合间隙；在上述夹具上与叶片进气边和排气边对应的位置分别设置有气压注入上口和气压注入下口，它们分别与对应的上配合间隙、下配合间隙联通。

利用权利要求1所述用于叶片电解加工可调供液系统的加工方法，其特征在于：

叶背工具阴极、叶盆工具阴极与叶片之间形成加工区，随着背盆工具阴极、叶背工具阴极的进给，加工区域逐渐减小，同时工作液经叶背电解液供液通道、叶盆电解液供液通道、电解液进气边流道和电解液排气边流道从叶片根部进入叶片四周，流过叶盆型面、叶背型面、进气边、排气边，在出口流出带走加工产物；四个供液通道的供液互相独立，减小了流经各加工区域的工作液相互影响；

通过气压注入上口和气压注入下口注入空气，所注入空气的压力分别与对应的进气边加工区域的水压、排气边加工区域的水压相等，且外界大气压小于上述注入空气的压力，所以注入空气经过对应的配合间隙后流出，即形成气闭层；气压注入上口和气压注入下口的气压值单独调解；通过设置在对应的进气边加工区域、排气边加工区域的水压传感器采集水压变化，并将采集到的数据实时反馈，调节注入空气气压力变化，使气闭层与对应加工区水压相适应。

本发明旨在提高叶片进、排气边部分流场的稳定性，最终提高这两部分加工精度和重复精度。虽然原有电解加工夹具及方法也致力于提高叶片进、排气边部分加工精度和重复精度，但是由于始终无法有效提高叶片进排气边部分流场稳定性，叶、片进排气边部分的加工精度和重复精度也无法显著提高。本发明提出一种叶片分区独立供液的方法，提高各部分流场独立性，并且在叶片进气边流场上部、排气边流场下部建立气闭层，上述改进技术弥补了原有夹具进、排气边部分流场不稳定的缺陷，并且可以根据不同型号叶片结构特点为各部分分别提供合适的液体压力。

采用本发明可以有效降低叶片进、排气边部分流场受型面部分流场的影响。由于叶片气动性能的需要，叶片对进气边和排气边的加工精度和重复精度要求较高。原有夹具流场结构都是对叶片整个加工区域统一供液，在统一供液的基础上优化流场，无法做到对各部分独立控制，较难降低叶片进、排气边部分流场受其他部分流场的影响程度。本发明的四路供液方式，对进气边、排气边、叶盆型面、叶背型面分别供液，提高他们之间的独立性，可以较为有效的降低其他部分流场对进、排气边部分流场的影响。虽然上述四部分流场同样存在交汇区域，但是由于进、排气边部分存在独立流场的作用，使得交汇区域远离了具有较高加工精度和重复精度要求的叶片进、排气边部分，而是将交汇区域稳定在加工精度和重复精度要求较低的叶盆型面及叶背型面部分，并且可以通过合理调节使各流场压力相互配比，控制交汇区域在叶盆型面和叶背型面的位置，提高了可控性。

采用本发明的流场结构，可以针对不同型号叶片的结构特点，调节各区域压力，达到各自所需最优压力值。各种型号叶片的结构不同，所以在加工各部分所需的电解液最优压力和流速不同，各部分的比例关系也不尽相同，这就需要能够自由、独立调节各部分压力的夹具和流场结构。本发明所设计的四路供液管路是相互独立的，它们的作用是为叶片的四部分重要区域（叶盆型面、叶背型面、进气边、排气边）分别供液，压力可以根据结构特点独立调节，可以灵活地调节各压力值，以及它们之间比例关系，以达到更好的工艺效果。

采用本发明的利用气闭层形成的场域，能够防止工作液在加工间隙处外泄。叶片在加工过程中，在两对工具阴极之间始终存在着间隙，高压工作液不断在此处泄漏，随着加工的进行，加工区水压变化导致泄漏程度发生变化，造成了流场的不稳定。原有夹具没有考虑液体泄漏对流畅稳定性的影响，进排气边流场稳定性收此因素影响较为严重。所以必须封闭此流场，高压的气体封闭层可以起到封闭流场的效果，气体区域具有柔性，能够适应加工区域不断减小的情况，是一种较为合理的流场封闭措施。随着工具阴极的不断进给，加工区域不断减小，导致区域内的压力不断提高，工作液流过加工区域，压力损失，此发明在沿程方向均布三个压力传感器，将水压变化情况实时反馈，调节气压的大小，使气闭层与水压相适应，时刻保持稳定。

附图说明

图1是本发明的整体装配图；

图2是本发明的各流道位置关系图；

图3是本发明的进、排气边供液通道剖析图；

图4是本发明叶盆、叶背型面供液通道剖析图；

图5是本发明各区域流场示意图；

图6是本发明气闭层原理图；

图中标号名称：1、右管道入口，2、上管道入口，3、气压注入上口，4、左管道入口，5、叶背工具阴极，6、气压注入下口，7、下管道入口，8、叶盆工具阴极，9、不锈钢底座，10、夹具盖板，11、进气边供液通道基体，12、排气边供液通道基体，13、叶片，14、压块，15、进气边电解液供液通道，16、叶片电解液进气边流场，17、叶片排气边流场，18、夹具底座，19、排气边电解液供液通道，20、叶盆电解液供液通道，21、右窄缝流道，22、左窄缝流道，23、叶背电解液供液通道，24、叶片榫头，25、进气边工作液，26、进气边，27、叶盆型面，28、排气边，29、排气边工作液，30、叶盆工作液，31、气闭层，32、工具阴极之间的间隙，33、进气边气体，34、上配合间隙，35、下配合间隙，36、排气边气体。

具体实施方式

结合附图对本夹具的具体实施过程作如下详细介绍：

实施本发明——“叶片分区独立供液且有气闭层的电解加工夹具及方法”，其装置包括进液管道、出液管道、四路流道、进气边供液通道基体、排气边供液通道基体、夹具盖板、夹具不锈钢基体、夹具底座、工具阴极和叶片。工具阴极、夹具不锈钢基体是由导电金属（不锈钢）材料制成；夹具盖板、夹具底座、进气边供液通道基体、排气边供液通道基体是由绝缘的环氧树脂材料制成。采用本发明电解加工叶片的过程包括以下步骤：

步骤一：将夹具不锈钢底座安装在六轴机床的工作平台上， 保证其各个方向与机床各轴的平行度。

步骤二：安装工具阴极和工件，保证工具阴极和工件各个方向与机床的平行度，工具阴极连接电源负极。

步骤三：工具阴极和工件对刀，并给定一定的初始加工间隙。

步骤四：开启工作液循环系统，对夹具提供电解液，开启电源，两个工具阴极在进给轴的带动下双向进给，四路工作液同时流过加工区域，高速电解液带走加工产物。

步骤五：加工完毕，关闭系统，退出工具，阴极取下工件。

Claims (2)

1.一种叶片分区独立供液且有气闭层的电解加工夹具，其特征在于：

该夹具上设置有叶背电解液供液通道（23）、叶盆电解液供液通道（20）、进气边电解液供液通道（15）和排气边电解液供液通道（19）；上述四个供液通道的出口分别设置在叶片叶盆型面叶根处、叶背型面叶根处、进气边型面叶根处、排气边型面叶根处；

叶背工具阴极（5）、叶盆工具阴极（8）与夹具体内部上、下壁面存在上配合间隙（34）、下配合间隙（35）；在上述夹具上与进气边（26）和排气边（28）对应的位置分别设置有气压注入上口（3）和气压注入下口（6），它们分别与对应的上配合间隙（34）、下配合间隙（35）联通。

2.利用权利要求1所述用于叶片电解加工可调供液系统的加工方法，其特征在于：

叶背工具阴极（5）、叶盆工具阴极（8）与叶片之间形成加工区，随着叶盆工具阴极（5）、叶背工具阴极（8）的进给，加工区域逐渐减小，同时工作液经叶背电解液供液通道（23）、叶盆电解液供液通道（20）、电解液进气边流道（15）和电解液排气边流道（19）从叶片根部进入叶片四周，流过叶盆型面（27）、叶背型面、进气边（26）、排气边（28），在出口流出带走加工产物；四个供液通道的供液互相独立，减小了流经各加工区域的工作液相互影响；

通过气压注入上口（3）和气压注入下口（6）注入空气，所注入空气的压力分别与对应的进气边加工区域的水压、排气边加工区域的水压相等，且外界大气压小于上述注入空气的压力，所以注入空气经过对应的配合间隙后流出，即形成气闭层；气压注入上口和气压注入下口的气压值单独调解；通过设置在对应的进气边加工区域、排气边加工区域的水压传感器采集水压变化，并将采集到的数据实时反馈，调节注入空气气压力变化，使气闭层与对应加工区水压相适应。