CN109158721B - 一种整体叶盘电解加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种整体叶盘电解加工方法。将整体叶盘毛坯作为电解加工的阳极，加工工具作为阴极，加工工具的加工头包括叶盆型面和叶背型面，加工方法包括：步骤S1，驱动加工工具沿整体叶盘毛坯的径向进给，电解预加工出叶片之间的叶栅间隙；步骤S2，驱动整体叶盘毛坯绕其中轴顺时针/逆时针旋转，使加工头的叶盆型面/叶背型面与叶栅间隙的相应一侧靠近，进行电解精加工，获得第一叶片的叶盆/叶背；步骤S3，驱动整体叶盘毛坯绕其中轴线与步骤S2中相反方向旋转，使另一型面与叶栅间隙的相应另一侧靠近，进行电解精加工，获得第二叶片的叶背/叶盆；步骤S4，重复步骤S1～S3，加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片。

Description

一种整体叶盘电解加工方法

技术领域

本发明涉及电解加工工艺技术领域，特别是涉及一种整体叶盘电解加工方法。

背景技术

电解加工是利用电化学阳极溶解原理，对金属实现去除加工的一种特种工艺方法。具有加工效率高、工具电极不消耗、加工无应力、表面完整性好等特点，适用于各种难切削金属材料(钛合金、高温耐热合金等)的加工，特别适合高效去除大量材料的零部件批量生产加工及各种三维复杂形状的加工。

电解加工时工具电极为阴极，工件为阳极。一般采用金属材料作为工具电极(阴极)，工具电极加工面形状与工件(阳极)要求形状凹凸相反，如加工凹槽、孔时工具阴极端部是凸筋、柱状结构，加工凸台时工具阴极端部形状是凹腔结构。电解加工时工件阳极和工具阴极间保持一定的间隙，极间施加直流或脉冲电压，电解液一般采用中性的盐溶液，在极间形成电化学反应池，同时高速冲刷，不断带走电解加工产物及热量，并去极化。工件阳极按工具阴极的形状不断溶解，直到工件的形状和尺寸达到要求为止。

电解加工可以对整体叶盘叶型进行高效率、高精度加工。目前采用双面(叶盆、叶背)加工阴极相向同步运动的方式，可以同时加工一个叶型的叶盆、叶背型面，有效解决了传统机械加工的缺陷。为了保证叶型加工精度，要求两个阴极的相对位置准确，但是装配过程中不可避免地会产生误差，需要结合多轮工艺试验迭代甚至重新制造阴极才能消除其影响，加大了工艺的难度，增加工艺定型的时间成本和经济成本。

因此，发明人提供了一种整体叶盘电解加工方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种整体叶盘电解加工方法，能够解决整体叶盘电解加工中存在的难以确保加工工具上叶盆型面和叶背型面的相对位置的问题。

本发明的实施例提出了一种整体叶盘电解加工方法，该加工方法包括：

步骤S1：驱动所述加工工具沿所述整体叶盘毛坯的径向进给，在所述整体叶盘毛坯上电解预加工出叶片之间的叶栅间隙；

步骤S2：驱动所述整体叶盘毛坯绕其中轴顺时针/逆时针旋转，使所述加工头的叶盆型面/叶背型面与所述叶栅间隙的相应一侧靠近，对所述整体叶盘毛坯进行电解精加工，获得第一叶片的叶盆/叶背；

步骤S3：驱动所述整体叶盘毛坯绕其中轴线与步骤S2中相反方向旋转，使与步骤S2中所述加工头的另一型面与所述叶栅间隙的相应另一侧靠近，对所述整体叶盘毛坯进行电解精加工，获得第二叶片的叶背/叶盆；

步骤S4：重复步骤S1～S3，将所述整体叶盘毛坯加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片。

进一步地，所述加工头的叶盆型面和叶背型面分别供电，在采用所述加工头的其中一侧叶盆型面或叶背型面进行加工时，该侧的叶盆型面或叶背型面与电解加工电压的阴极电连接，另一侧非工作状态的叶背型面或叶盆型面与所述电解加工电压的阴极不连通。

进一步地，所述加工头的叶盆型面和叶背型面分别供电，在采用所述加工头的其中一侧叶盆型面或叶背型面进行加工时，该侧的叶盆型面或叶背型面与电解加工电压的阴极电连接，另一侧非工作状态的叶背型面或叶盆型面与所述电解加工电压的阴极不连通。

进一步地，所述整体叶盘毛坯安装在电解加工机床的第一转轴上随其旋转运动。

进一步地，所述加工工具安装在电解加工机床的第二运动轴上随其线性运动，所述第一转轴与所述第二运动轴垂直且不相交。

进一步地，在步骤S3后步骤S4之前，需驱动所述第二运动轴，将所述加工工具从相应的所述叶栅间隙中退出。

进一步地，在步骤S1后步骤S2之前，以及在步骤S2后步骤S3之前，均需保持所述加工工具不动，只驱动所述第一转轴带动所述整体叶盘毛坯旋转运动。

进一步地，所述整体叶盘毛坯按照叶栅间隙进行分度旋转。

进一步地，所述加工方法还包括设置多个所述加工工具，每个所述加工工具均包括叶盆型面和叶背型面，将每个所述加工工具均作为电解加工阴极，驱动每个所述加工工具对所述整体叶盘毛坯进行同步加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片；或者依次驱动多个所述加工工具对所述整体叶盘毛坯依次加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片。

进一步地，所述电解加工的电解液包含浓度为16％的NaNO₃。

进一步地，在步骤S1～S3中，所述电解预加工和所述电解精加工中的电解加工电压、阴极进给速度以及加工间隙均不同，且电解精加工完成后，整体叶盘上的叶片型面轮廓精度Rf≤0.08mm，表面粗糙度Ra≤0.6μm。

综上，用于本发明电解加工方法的加工工具的加工头包括两侧的叶盆型面和叶背型面，采用一个加工工具即可先后对相邻两叶片的叶背和叶盆进行电解加工，采用单体双面的阴极代替了传统的双面分体式阴极组，结构更为简化。由于一个加工头上同时具有叶盆型面和叶背型面，两者的相对位置确定不变，只需将加工工具运行至设定的位置，就能保证叶片的叶盆和叶背的电解加工成型面的相对位置稳定不变，进一步为实现整体叶盘电解加工的位置精度与叶型轮廓尺寸精度提供了工艺保证。为整体叶盘结构加工提供了一种低制造成本、高效率、高精度的加工方法，满足了军民领域航空发动机加工要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是整体叶盘毛坯电解加工前的状态示意图。

图2是整体叶盘电解加工后的状态示意图。

图3是整体叶盘叶型电解加工后的局部放大示意图。

图中：

1-整体叶盘毛坯；2-加工工具；3-加工头；4-第一转轴；5-第二运动轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零部件、连接方式和操作方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

随着新材料新结构的应用，在一些军民用零件设计上，出现了大量整体复杂结构，这些结构件材料切削性能很差、结构复杂、叶片薄且型面轮廓精度和位置精度要求高，这些特点使得传统的机械加工变得非常困难，加工变形严重且变形量不易控制，刀具磨损严重，加工效率极低，成本高，表面质量差。例如针对航空领域的整体叶盘叶型的加工，显然传统机械加工已无法满足加工要求，电解加工技术可以对整体叶盘叶型进行高效率、高精度加工。目前，在叶片的双面(叶盆和叶背)采用不同的加工阴极相向同步运动方式，可以同时加工一个叶型的叶盆、叶背型面，有效解决了机械加工的上述难题。但是由于整体叶盘叶型及加工电极表面形状复杂，对定位误差敏感，导致加工电极与整体叶盘的加工、装配、调整均会带来较大的误差，导致工艺参数定型难度大。

本发明提供了在一个加工头上同时包括叶盆型面和叶背型面的一种加工工具的电解加工方法。

图1是整体叶盘毛坯电解加工前的状态示意图。如图1所示，本发明的一种整体叶盘电解加工方法中，首先需在整体叶盘毛坯1和加工工具2上连接电解加工电压，具体是将整体叶盘毛坯1作为电解加工的阳极，将加工工具2作为电解加工的阴极，该加工工具2的加工头3包括两侧的叶盆型面和叶背型面。结合图1和图2所示，采用该加工工具2对整体叶盘毛坯1进行电解加工的方法包括以下步骤S1～S4：

步骤S1：驱动加工工具2沿整体叶盘毛坯1的径向进给，在所述整体叶盘毛坯1上电解预加工出叶片之间的叶栅间隙；

步骤S2：驱动整体叶盘毛坯1绕其中轴顺时针/逆时针旋转，使加工头3的叶盆型面/叶背型面与叶栅间隙的相应一侧靠近，对整体叶盘毛坯1进行电解精加工，获得第一叶片的叶盆/叶背；

步骤S3：驱动整体叶盘毛坯1绕其中轴线与步骤S2中相反方向旋转，使与步骤S2中加工头3的另一型面与叶栅间隙的相应另一侧靠近，对所述整体叶盘毛坯1进行电解精加工，获得第二叶片的叶背/叶盆；

步骤S4：重复步骤S1～S3，将整体叶盘毛坯1加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片。

具体地，参照图1、图2和图3所示，将加工工具2作为电解加工的阴极时，加工头3的叶盆型面和叶背型面分别供电，在采用加工头3的其中一侧叶盆型面或叶背型面进行电解加工时，该侧的叶盆型面或叶背型面与电解加工电压的阴极电连接，另一侧非工作状态的叶背型面或叶盆型面与电解加工电压的阴极不连通。比如，在采用加工头3的叶盆型面电解加工一个叶片的叶盆时，只将加工头3的叶盆型面侧连通阴极，而该加工头3的叶背型面与阴极不连通，能够保证在加工叶盆型面时，加工头3的叶背型面不会对非加工的相邻叶片的叶背面产生腐蚀。同理，在采用加工头3的叶背型面电解加工叶片的叶背时，只将加工头3的叶背型面侧连通阴极，而该加工头3的叶盆型面与阴极不连通，保证了在加工叶片的叶背型面时，加工头3的叶盆型面不会对非加工的相邻叶片的叶盆面产生腐蚀。

在进行电加工前需安装整体叶盘毛坯1和加工工具2，具体地，将整体叶盘毛坯1安装在电解加工机床的第一转轴4上，使整体叶盘毛坯1能随第一转轴4旋转运动。将加工工具2安装在电解加工机床的第二运动轴5上，使加工工具2能随第二运动轴5线性运动，第一转轴4与第二运动轴5垂直且不相交。

在步骤S3后步骤S4之前，即在完成一个叶栅间隙两侧的叶盆和叶背的电解精加工后，需驱动第二运动轴5，将加工工具2从相应的叶栅间隙中退出。

此外，在步骤S1后步骤S2之前，以及在步骤S2后步骤S3之前，均需保持加工工具2不动，只需驱动第一转轴4带动整体叶盘毛坯1旋转运动，能够使加工工具2的加工头3与整体叶盘毛坯1上的相应电解精加工面靠近，从而对相应侧叶片电解加工出相应的叶背或叶盆。

具体地，整体叶盘毛坯1按照叶栅间隙进行分度旋转，也就是整体叶盘旋转的角度需根据叶片数量和叶型进行确定。

需要说明的是，步骤S1的电解加工方法还可以包括设置多个上述的加工工具2，每个加工工具2均包括叶盆型面和叶背型面，将每个所述加工工具2均作为电解加工阴极，然后驱动每个加工工具2对整体叶盘毛坯1进行同步加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片；作为另一种可选方式，也可以依次驱动多个所述加工工具2对整体叶盘毛坯依次加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片。

进一步地，本发明的电解加工的电解液包含浓度为16％的NaNO₃。

在步骤S1～S3中，电解预加工和电解精加工中的电解加工电压、阴极进给速度以及加工间隙均不同，且电解精加工完成后，整体叶盘上的叶片型面轮廓精度≤0.08mm，表面粗糙度Ra≤0.6μm。

结合图1、图2所示，下面以高温合金材料的整体叶盘的电解加工方法为例具体说明。由于叶片轮廓度、位置度和表面粗糙度要求高。根据整体叶盘加工要求，设计了带有加工头3的加工工具2作为电解加工的阴极，加工头3包括两侧的叶盆型面和叶背型面，整体叶盘毛坯1安装在电解加工机床的第一转轴4上，加工工具2安装在X向线性运动的第二运动轴5上。加工过程中，整体叶盘毛坯1固定，X向线性运动的第二运动轴5带动加工工具2沿径向对整体叶盘毛坯1进行电解加工。当完成叶栅间隙预加工后，保持加工工具2不动，第一转轴4带动整体叶盘毛坯1沿顺时针旋转运动，向加工工具2的加工头3逐渐靠近，完成此叶栅间隙中叶盆型面的成形电解加工，见图3；然后第一转轴4带动整体叶盘毛坯1沿逆时针旋转运动，向加工工具2的加工头3逐渐靠近，完成此叶栅间隙中叶背型面的成形电解加工。完成上述加工后，加工工具2在第二运动轴5的带动下退出加工区域，整体叶盘毛坯1在第一转轴4的带动下分度转动，进行下一个叶栅间隙的加工。重复上述工作，直至完成整个整体叶盘毛坯1的叶片叶型电解加工。

具体的加工条件为：电解液包括浓度为16％的NaNO₃，电解液压力为1MPa，温度为35℃。叶栅预加工时：电解加工电压为22V，阴极进给速度为0.5mm/min，初始加工间隙为0.2mm；叶型电解精加工时：电解加工电压为18V，阴极进给速度为0.16mm/min，初始加工间隙为0.15mm。

由于一个加工工具的加工头同时包括了两侧的叶盆型面和叶背型面，这种采用单体双面阴极的方式替代了传统的双面分体式阴极组，结构更为简化，解决了传统方法中两个阴极相对位置精度难以保证的问题。此外，加工头上作为双面阴极的叶背型面和叶盆型面分别供电，一侧的阴极在加工叶片型面时，另一侧的阴极型面不会对非加工型面产生腐蚀。最后，本发明的加工阴极既可实现沿叶片侧向直线进给加工，也可实现阴极位置的相对固定，使整体叶盘毛坯旋转摆动预定角度进给加工，也可以同时布置多个阴极实现多工位的叶型电解加工以提高加工效率。

采用本发明电解精加工方法完成后，加工的整体叶盘上的叶片叶型型面轮廓精度Rf≤0.08mm，表面粗糙度Ra≤0.6μm，满足设计要求。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种整体叶盘电解加工方法，将整体叶盘毛坯作为电解加工的阳极，将加工工具作为电解加工的阴极，其特征在于，所述加工工具的加工头包括叶盆型面和叶背型面，所述加工方法包括：

步骤S1，驱动所述加工工具沿所述整体叶盘毛坯的径向进给，在所述整体叶盘毛坯上电解预加工出叶片之间的叶栅间隙；

步骤S2，驱动所述整体叶盘毛坯绕其中轴顺时针/逆时针旋转，使所述加工头的叶盆型面/叶背型面与所述叶栅间隙的相应一侧靠近，对所述整体叶盘毛坯进行电解精加工，获得第一叶片的叶盆/叶背；

步骤S3，驱动所述整体叶盘毛坯绕其中轴线与步骤S2中相反方向旋转，使与步骤S2中所述加工头的另一型面与所述叶栅间隙的相应另一侧靠近，对所述整体叶盘毛坯进行电解精加工，获得第二叶片的叶背/叶盆；

步骤S4，重复步骤S1～S3，将所述整体叶盘毛坯加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片；

所述加工头的叶盆型面和叶背型面分别供电，在采用所述加工头的其中一侧叶盆型面或叶背型面进行加工时，该侧的叶盆型面或叶背型面与电解加工电压的阴极电连接，另一侧非工作状态的叶背型面或叶盆型面与所述电解加工电压的阴极不连通。

2.根据权利要求1所述的整体叶盘电解加工方法，其特征在于，所述整体叶盘毛坯安装在电解加工机床的第一转轴上随其旋转运动。

3.根据权利要求2所述的整体叶盘电解加工方法，其特征在于，所述加工工具安装在电解加工机床的第二运动轴上随其线性运动，所述第一转轴与所述第二运动轴垂直且不相交。

4.根据权利要求3所述的整体叶盘电解加工方法，其特征在于，在步骤S3后步骤S4之前，需驱动所述第二运动轴，将所述加工工具从相应的所述叶栅间隙中退出。

5.根据权利要求2所述的整体叶盘电解加工方法，其特征在于，在步骤S1后步骤S2之前，以及在步骤S2后步骤S3之前，均需保持所述加工工具不动，只驱动所述第一转轴带动所述整体叶盘毛坯旋转运动。

6.根据权利要求5所述的整体叶盘电解加工方法，其特征在于，所述整体叶盘毛坯按照叶栅间隙进行分度旋转。

7.根据权利要求1所述的整体叶盘电解加工方法，其特征在于，所述加工方法还包括设置多个所述加工工具，每个所述加工工具均包括叶盆型面和叶背型面，将每个所述加工工具均作为电解加工阴极，驱动每个所述加工工具对所述整体叶盘毛坯进行同步加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片；或者依次驱动多个所述加工工具对所述整体叶盘毛坯依次加工出多个满足叶盆型面和叶背型面要求的叶片。

8.根据权利要求1所述的整体叶盘电解加工方法，其特征在于，所述电解加工的电解液包含浓度为16％的NaNO₃。

9.根据权利要求1或8所述的整体叶盘电解加工方法，其特征在于，在步骤S1～S3中，所述电解预加工和所述电解精加工中的电解加工电压、阴极进给速度以及加工间隙均不同，且电解精加工完成后，整体叶盘上的叶片型面轮廓精度Rf≤0.08mm，表面粗糙度Ra≤0.6μm。

Images