CN107252938A - 一种复杂异形通道结构电解加工专用工装夹具及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂异形通道结构电解加工专用工装夹具及加工方法，其芯轴通过螺钉和底板连接，分度盘通过孔轴配合的方式套在芯轴上，分度盘上开出的环形槽用于放置工件的环形凸台，固定块嵌入分度盘上开出的矩形槽中并与工件上的角向槽配合，压环压紧工件上表面，密封压盖通过螺钉和芯轴连接，分度销插入底板上的销孔内，导流套嵌入密封压盖的中心通孔中，背压套通过圆柱销定位，并与底板连接，密封圈塞入背压套的中心通孔内，密封圈压盖压紧密封圈并与背压套连接，阴极通过紧固螺钉与阴极接杆连接在一起，阴极接杆通过螺钉与阴极导电板连接。整个装置结构简单、定位准确、实现对包含有复杂异形通道结构零件的高效去余量目的。

Description

一种复杂异形通道结构电解加工专用工装夹具及加工方法

技术领域

本发明涉及特种加工装置，尤其是一种针对复杂异形通道结构电解加工的专用工装夹具及加工方法。

背景技术

在航空航天发动机、燃气轮机中的大量零部件中都包含有复杂异形的气流通道，随着对气动性能要求的不断提高，气流通道的型面越来越复杂、尺寸精度和表面质量要求越来越高，而且有整体制造的趋势。

为了探索包含有复杂异形通道结构的整体构件的整体制造工艺方法，首先要解决高效去除余量的难题，而采用传统的加工方法加工困难，往往其表面粗糙度达不到要求，加工精度也难以保证。

采用电解加工可进行零件的粗加工，实现高效去除余量的目的，但是，目前适用于数控电解加工的机床回转工作台应用还不够广泛，分度功能不易实现，且电解液的密封不易保证，容易泄露，同时整个电解装置内导电回路的形成也比较困难。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，提供一种结构简单、定位准确以及去余量效率高的包含有复杂异形通道结构的整体构件的电解加工的专用工装夹具及加工方法。

技术方案：一种复杂异形通道结构电解加工专用工装夹具，包括：

芯轴，其一端轴向开有中心盲孔，并与进液口接头螺纹连接，中心盲孔底部径向开有通孔；另一端设有与底板上孔槽配合的凸台，并与底板固定连接；

分度盘，其设有中心通孔，沿径向依次设有第一圆环、环形凹槽、第二圆环以及分度环；所述分度环包括沿圆周阵列排布的若干分度块，相邻分度块之间有分度槽，且相邻两个分度槽之间的圆心角与工件上相邻两个叶间通道之间的圆心角相同；所述分度盘套装在芯轴上，带有环形凹槽的一面朝上，其底面与芯轴法兰板的上端面配合；

固定块，其嵌入分度盘第一圆环上的固定槽中，工件套装在芯轴上，工件定位槽和环形凸台分别与固定块和分度盘上的环形凹槽配合；分度销卡入分度槽，其下端插入底板上开设的销孔内；

压环，其套装在芯轴上，并通过凹槽与工件上端面的凸台配合；

密封压盖，其沿轴向设有直径与所述压环外径相同的圆形凹槽，且在形成的环形壁上沿径向开有方形槽，并设有中心通孔；密封压盖带有圆形凹槽的端面朝下套入芯轴，其环形端面与分度盘的第二圆环面配合，其圆形凹槽的底面与芯轴的一个端面配合并固定；

导流套、背压套，均设有中心通孔，背压套的一端设有与导流套配合的凹槽，一侧壁设有与中心通孔连通的出液孔，背压套通过圆柱销定位，并通过沉头螺钉固定在底板上；

阴极连杆，其一端通过紧固螺钉与阴极连接，另一端固定在阴极导电板上；

密封圈压盖和密封圈，依次穿过阴极套入阴极连杆，阴极和阴极连杆依次穿过背压套、导流套伸入工件的叶间通道内；密封压盖压紧密封圈并通过螺钉与背压套固定；

电解液通过进液口流入芯轴的中心盲孔，再通过径向孔流入工件与压环及密封压盖形成的第一流道内，然后流入导流套与阴极形成的第二流道，接着流入背压套与阴极连杆形成的第三流道，最后通过背压套上部的出液口流出。

该结构形成了一个封闭的电解液流道，共同保证了电解液密封的可靠性，且结构简单，安装与拆卸方便，且电解液流动形式为侧流。分度盘、补偿环、角向块共同限制了工件在分度盘上的位置，工件一次装夹即可加工工件上所有叶间通道，提高加工效率；压环限制了电解液在叶间通道出口处的轴向流动，保证通道出口电解液充足。导流套限制了电解液在叶间通道出口处的周向发散，并且保护工件非加工面。

优选的，所述芯轴沿轴向依次为第一圆环、法兰板、第一圆柱体、第二圆柱体以及第三圆柱体；第二圆柱体与第三圆柱体轴向设有连通的中心通孔，且第二圆柱体径向设有通孔，第二圆柱体与第一圆柱体之间不连通；所述芯轴通过第一圆环与底板上的凹槽配合固定，并通过法兰板上的螺纹孔与底板螺纹连接。

其中，所述密封压盖的圆形凹槽的底面与芯轴的第二圆柱体的上端面配合，并通过螺钉与第二圆柱体固定。

优选的，所述固定块为角向块，其嵌入分度盘上开设的矩形槽并与工件上的角向槽配合。

优选的，所述导流套的中心通孔包括多个孔径不同的孔，可以保证加工间隙不致突然变大，保证流场的均匀分布。

优选的，所述分度盘与密封压盖配合的端面上以及密封压盖与压环的配合面上均设有O型圈槽，并通过O型圈密封。以防止电解液流出，达到更好的密封效果。

优选的，所述背压套的出液孔安装有控制背压的背压控制阀，以通过压力表观察背压大小。

优选的，所述密封压盖的材质为环氧树脂，导流套的材质为尼龙，背压套的材质为有机玻璃。

一种采用所述工装夹具的加工方法，包括以下步骤：

(1)装夹待加工工件

装夹时，待加工工件通过角向块与分度盘定位连接，分度销装配的初始位置与角向块和分度盘圆心共线；

(2)装配进给端

装配好阴极连杆、密封圈以及密封圈压环的阴极插入背压套和导流套，密封圈塞入背压套孔内，密封圈压盖压紧密封圈并通过螺钉与背压套连接，阴极连杆通过螺钉与阴极导电板连接；将装配好的夹具放置在机床工作台上；

(3)电连接

阴极导电板与电源负极通过导线连接，底板通过导线与电源正极连接；

(4)加工工件

电源提供动力带动阴极沿背压套开出的中心孔轴线不断进给，每加工完一个叶间通道，撤回阴极至工件通道外侧，拔出分度销，转动分度盘至下一个工位，再插入分度销，进行下一个通道的加工。

该加工方法避免了机床工作台行程误差的积累，保证叶间通道圆周分布的位置精度。

有益效果：与现有技术相比，本发明的工装夹具结构简单、定位准确、去余量效率高；待加工工件由分度盘、补偿环以及角向块共同定位夹紧，采取这种定位夹紧方式一次装夹即可完成整个工件所有叶间通道的加工，显著提高加工效率。本发明的方法中分度功能由分度盘实现，每加工完一个叶间通道，撤回阴极至工件通道外侧，拔出分度销，转动分度盘至下一个工位，再插入分度销，进行下一个通道的加工；因此避免了机床工作台行程误差的积累，保证叶间通道圆周分布的位置精度。本发明中电解液流动形式为侧流，具体流动路径从进液口流入，通过芯轴进入到密封腔内，顺着流道进入工件内，经导流套进入背压套，最后从背压套上部开设的出口流出。背压套出口安装背压控制阀控制背压，这保证了加工区域流场的稳定性，有效提高了加工的稳定性和加工精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明结构的右视图；

图3是本发明结构的上视图；

图4是图3中A-A的剖面示意图；

图5是图3中C-C的剖面示意图；

图6和图7分别是芯轴结构示意图1和芯轴结构示意图2；

图8是分度盘结构示意图；

图9是压环结构示意图；

图10是密封压盖结构示意图；

图11和图12分别是导流套结构示意图1和导流套结构示意图2；

图13和图14分别是背压套结构示意图1和背压套结构示意图2；

图15和图16分别是阴极连杆结构示意图1和阴极连杆结构示意图2；

图17是底部结构示意图；

图18是待加工工件示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1至图5所示，本发明的复杂异形通道结构电解加工专用工装夹具包括：芯轴1、接头2、底板3、分度盘4、固定块5、分度销6、压环7、密封压盖8、导流套9、背压套10、阴极连杆11、阴极12、阴极导电板13、密封圈14以及密封圈压盖15。

芯轴通过螺钉和底板连接在一起，分度盘通过孔轴配合的方式套在芯轴上，接头与芯轴通过管螺纹连接在一起，固定块嵌入分度盘上开出的矩形槽中并与工件上的角向槽配合；压环压紧工件上表面，密封压盖通过螺钉和芯轴连接在一起；分度销插入底板开出的销孔内，并嵌入分度盘周围的分度槽内；导流套嵌入密封压盖开出的侧孔中，背压套通过圆柱销定位，并通过螺钉与底板连接；密封圈塞入背压套开出的中心通孔内，密封圈压盖压紧密封圈并通过螺钉与背压套连接在一起；阴极通过紧固螺钉与阴极接杆连接在一起，阴极接杆通过螺钉与阴极导电板连接在一起，阴极导电板与电源负极通过导线连接在一起，底板与电源正极通过导线连接在一起。

如图6和图7所示，芯轴1为一体成型结构，轴向由下往上依次为第一圆环101、法兰板102、第一圆柱体103、第二圆柱体104以及第三圆柱体105；所述第三圆柱体设有轴向的中心通孔106，第二圆柱体设有与第三圆柱体轴向的中心通孔连通的轴向中心通孔107，且第二圆柱体径向设有方形通孔108，第二圆柱体与第一圆柱体之间不连通；法兰板上开有四个圆周阵列排布的第一螺纹孔109，第二圆柱体上端面开有四个圆周阵列排布的第二螺纹孔110。

如图8所示，分度盘4为一体成型结构，设有中心孔401，由中心孔沿径向依次设有第一圆环402、环形凹槽403、第二圆环404以及分度环405，且在第一圆环上设有一方形槽406；所述分度环包括沿圆周阵列排布的若干分度块407，相邻分度块之间有分度槽408，所述，分度槽的个数与工件上的叶间通道个数相同，且相邻两个分度槽之间的圆心角与工件上相邻两个叶间通道之间的圆心角相同。

如图9所示，压环开有一轴向中心孔701，并设有台阶702。限制了电解液在叶间通道出口处的轴向流动，保证通道出口电解液充足，提高去余量效率。同时，分度盘、补偿环和角向块共同限制了工件在分度盘上的位置，工件一次装夹即可加工31个叶间通道，提高加工效率。

如图10所示，密封压盖8的轴向设有直径与所述压环外径相同的圆形凹槽801，且形成一环形壁802和一上壁803，环形壁上开有方形槽804，圆形凹槽和方型槽的槽深相同，且略大于待加工工件的厚度，上壁设有中心通孔805，中心通孔周围设有四个圆周阵列排布的螺纹孔。

如图11和图12所示，导流套9的一端面为平面，另一端面为弧形凹面，由平面一端沿轴向依次开有方形孔901和偏型孔902，形成一通道；且在其一侧面靠近平面端设有一弧形台阶903；导流套限制了电解液在叶间通道出口处的周向发散，并且保护工件非加工面。导流套内部的孔槽截面积不等，可以保证加工间隙不致突然变大，保证流场的均匀分布。

如图13和图14所示，背压套10的一端面为平面，另一端面为弧形凹面，弧形凹面的一端设有一弧形台阶1001，弧形凹面的一端中心设有嵌合导流套的凹槽1002；背压套轴向设有通孔1003，径向设有与通孔1003连通的出液孔1004；上侧面设有对称设有两个螺纹通孔1005和两个圆柱通孔1006。

如图15和图16所示，阴极连杆的一端轴向开有与阴极配合的方形孔1101，并在外圆周上开有两方1102，且在两方上开有螺纹通孔1103；另一端开有轴向盲孔1104，且设有法兰板1105，法兰板上设有四个圆周阵列排布的螺纹孔1106。

如图17所示，底板为方形钢板，靠近其一角上设有圆形凹槽301，圆形凹槽的周围均匀排布四个螺纹孔302；另一端中心设有两个螺纹孔303和两个圆柱孔304，其分别与背压套上侧面的两个螺纹孔1005和两个圆柱通孔1006配合；底板上还设有与定位销配合的销孔305。

如图18所示，待加工工件的下端面设有与角向块配合的角向槽20，其下端面中心有环形凸台21，圆周侧面为圆周阵列排布的待加工的叶间通道22.

电解液流通通道：

电解液通过接头上的进液口201流入芯轴的中心通孔106和107，再通过径向方孔108流入工件与压环及密封压盖形成的第一流道内，然后流入导流套与阴极形成的第二流道，接着流入背压套与阴极连杆形成的第三流道，最后通过背压套上部的出液孔1004流出。

工件装夹过程：

首先芯轴通过第一圆环与底板上的凹槽配合固定，并通过法兰板上的螺纹孔与底板螺纹连接；接头与芯轴通过管螺纹连接在一起。

分度盘带有环形凹槽的一面朝上，通过中心孔套装在芯轴上，其底面与芯轴法兰板的上面贴合。

角向块嵌入分度盘上的矩形槽中，工件套装在芯轴上，其定位槽和环形凸台分别与固定块和分度盘上的环形凹槽配合定位。

分度销卡入分度槽，下端插入底板上开设的销孔内；

压环带有台阶的一面朝下，通过中心孔套装在芯轴上，并通过台阶与工件上端面的凸台配合；

密封压盖带有圆形凹槽的一端面朝下，通过中心通孔套入芯轴，其圆形凹槽的底面与芯轴的第二圆柱体的上端面配合，并通过螺钉固定在第二圆柱体的上端面；

阴极插入阴极连杆的配合孔内，通过紧固螺钉夹紧阴极和阴极连杆；阴极连杆另一端的法兰板，通过螺钉与阴极导电板连接在一起。

密封圈压盖和密封圈依次套入阴极连杆，阴极和阴极连杆依次穿过背压套、导流套伸入工件的叶间通道内。

密封圈塞入背压套的中心孔内，密封圈压盖压紧密封圈并通过螺钉与背压套连接在一起。

一种采用所述工装夹具的加工方法，包括以下步骤：

(1)装夹待加工工件

装夹时，待加工工件通过角向块与分度盘定位连接，分度销装配的初始位置与角向块和分度盘圆心共线；

(2)装配进给端

装配好阴极连杆、密封圈以及密封圈压环的阴极插入背压套和导流套，密封圈塞入背压套孔内，密封圈压盖压紧密封圈并通过螺钉与背压套连接，阴极连杆通过螺钉与阴极导电板连接；将装配好的夹具放置在机床工作台上；

(3)电连接

阴极导电板与电源负极通过导线连接，底板通过导线与电源正极连接；

(4)加工工件

电源提供动力带动阴极沿背压套开出的中心孔轴线不断进给，每加工完一个叶间通道，撤回阴极至工件通道外侧，拔出分度销，转动分度盘至下一个工位，再插入分度销，进行下一个通道的加工。

该加工方法避免了机床工作台行程误差的积累，保证叶间通道圆周分布的位置精度。

Claims (9)

1.一种复杂异形通道结构电解加工专用工装夹具，其特征在于，包括：

芯轴，其一端轴向开有中心盲孔，并与进液口接头螺纹连接，中心盲孔底部径向开有通孔；另一端设有与底板上孔槽配合的圆环，并与底板固定连接；

分度盘，其设有中心通孔，沿径向依次设有第一圆环、环形凹槽、第二圆环以及分度环；所述分度环包括沿圆周阵列排布的若干分度块，相邻分度块之间有分度槽，且相邻两个分度槽之间的圆心角与工件上相邻两个叶间通道之间的圆心角相同；所述分度盘套装在芯轴上，带有环形凹槽的一面朝上，其底面与芯轴法兰板的上端面配合；

固定块，其嵌入分度盘第一圆环上的固定槽中，工件套装在芯轴上，工件定位槽和环形凸台分别与固定块和分度盘上的环形凹槽配合；分度销卡入分度槽，其下端插入底板上开设的销孔内；

压环，其套装在芯轴上，并通过凹槽与工件上端面的凸台配合；

密封压盖，其沿轴向设有直径与所述压环外径相同的圆形凹槽，且在形成的环形壁上沿径向开有方形槽，并设有中心通孔；密封压盖带有圆形凹槽的端面朝下套入芯轴，其环形端面与分度盘的第二圆环面配合，其圆形凹槽的底面与芯轴的一个端面配合并固定；

导流套、背压套，均设有中心通孔，背压套的一端设有与导流套配合的凹槽，一侧壁设有与中心通孔连通的出液孔，背压套通过圆柱销定位，并通过沉头螺钉固定在底板上；

阴极连杆，其一端通过紧固螺钉与阴极连接，另一端固定在阴极导电板上；

密封圈压盖和密封圈，依次穿过阴极套入阴极连杆，阴极和阴极连杆依次穿过背压套、导流套伸入工件的叶间通道内；密封压盖压紧密封圈并通过螺钉与背压套固定；

电解液通过进液口流入芯轴的中心盲孔，再通过径向孔流入工件与压环及密封压盖形成的第一流道内，然后流入导流套与阴极形成的第二流道，接着流入背压套与阴极连杆形成的第三流道，最后通过背压套上部的出液口流出。

2.根据权利要求1所述的工装夹具，其特征在于：所述芯轴沿轴向依次为第一圆环、法兰板、第一圆柱体、第二圆柱体以及第三圆柱体；第二圆柱体与第三圆柱体轴向设有连通的中心通孔，且第二圆柱体径向设有通孔，第二圆柱体与第一圆柱体之间不连通；所述芯轴通过第一圆环与底板上的凹槽配合固定，并通过法兰板上的螺纹孔与底板螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的工装夹具，其特征在于：所述密封压盖的圆形凹槽的底面与芯轴的第二圆柱体的上端面配合，并通过螺钉与第二圆柱体固定。

4.根据权利要求1所述的工装夹具，其特征在于：所述固定块为角向块，其嵌入分度盘上开设的矩形槽并与工件上的角向槽配合。

5.根据权利要求1所述的工装夹具，其特征在于：所述导流套的中心通孔包括多个孔径不同的孔。

6.根据权利要求1所述的工装夹具，其特征在于：所述分度盘与密封压盖配合的端面上以及密封压盖与压环的配合面上均设有O型圈槽，并通过O型圈密封。

7.根据权利要求1所述的工装夹具，其特征在于：所述背压套的出液孔安装有控制背压的背压控制阀，以通过压力表观察背压大小。

8.根据权利要求1所述的工装夹具，其特征在于：所述密封压盖的材质为环氧树脂，导流套的材质为尼龙，背压套的材质为有机玻璃。

9.一种采用权利要求1至8任一项所述工装夹具的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)装夹待加工工件

装夹时，待加工工件通过角向块与分度盘定位连接，分度销装配的初始位置与角向块和分度盘圆心共线；

(2)装配进给端

装配好阴极连杆、密封圈以及密封圈压环的阴极插入背压套和导流套，密封圈塞入背压套孔内，密封圈压盖压紧密封圈并通过螺钉与背压套连接，阴极连杆通过螺钉与阴极导电板连接；将装配好的夹具放置在机床工作台上；

(3)电连接

阴极导电板与电源负极通过导线连接，底板通过导线与电源正极连接；

(4)加工工件

电源提供动力带动阴极沿背压套开出的中心孔轴线不断进给，每加工完一个叶间通道，撤回阴极至工件通道外侧，拔出分度销，转动分度盘至下一个工位，再插入分度销，进行下一个通道的加工。