CN110524071A - 一种变截面叶片的精密电解加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变截面叶片的精密电解加工方法，包括以下步骤：检查→清洗→套取成形→检查→清洗→检测→均匀化成形→终检。通过选择套取叶型的方法，实现整体叶盘的开通道和叶片形状的初步成形；通过选择整体复制的方法，实现整体叶盘套取成形叶片的均匀化成形；本发明实现变截面叶片型面精密电解加工过程的稳定化，确保叶片型面的加工质量、加工精度、加工效率等指标满足工艺要求，克服现有的整体叶盘叶型数控铣削加工周期长、加工效率低及生产成本高的不足，并最终实现精密电解技术的工程化应用的目的。

Description

一种变截面叶片的精密电解加工方法

技术领域

本发明属于叶片精密电解加工领域，具体涉及了一种变截面叶片的精密电解加工方法。

背景技术

整体叶盘是先进航空发动机设计中一种典型的整体结构部件，它将叶片和叶盘做成一体，省去了常规叶盘联接的榫头、榫槽和锁紧装置，避免了榫头气流损失、减少了结构重量和零件数量，大幅提高了发动机的工作效率、推重比和可靠性，其材料为高温合金、钛合金等难加工材料。整体叶盘叶片型面结构复杂、叶型弯扭大、通道窄，成形方式为传统数控铣削，其加工周期长，效率低，生产成本高，已成为制约发动机整体叶盘批量生产的瓶颈。

而精密电解加工属于非接触加工，具有阴极损耗低，加工变形小，加工质量好等优点，但目前在国内还没有普遍的工程应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变截面叶片的精密电解加工方法，克服了现有的整体叶盘叶型数控铣削加工周期长，加工效率低，生产成本高的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种变截面叶片的精密电解加工方法，包括以下步骤：

1)加工前预处理：初次检查和初次清洗；

2)套取成形：使用套取成形阴极先套取奇数叶片，后套取偶数叶片，获取整体叶盘套取成形叶片对整体叶盘变截面叶型的理想包络；

3)检测：对整体叶盘套取成形变截面叶片的截面Ⅰ、截面Ⅱ、截面Ⅲ、截面Ⅳ和整体叶盘流道型面的最小加工余量进行检测；

4)中间预处理：二次检查和二次清洗；

5)均匀化成形：将均匀化阴极型面整体复制到整体叶盘套取成形叶片中；

6)终检：对整体叶盘套取成形变截面叶片的截面Ⅰ、截面Ⅱ、截面Ⅲ、截面Ⅳ和整体叶盘流道型面的加工余量进行检测。

进一步，步骤1)中所述的初次检查包括：

检查整体叶盘内圆和整体叶盘变截面叶片待套取成形区域表面是否损伤；

检查整体叶盘盘体和整体叶盘变截面叶片待套取成形区域表面是否存在毛刺；

检查阴极HSK与脉冲电解机床X1轴的配合面之间的间隙；

检查套取成形阴极表面无是否有异物。

进一步，步骤1)中所述的初次清洗具体为：采用无水乙醇清洗整体叶盘。

进一步，步骤2)具体为：

2.1将确定好的工艺参数输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存；

2.2将整体叶盘变截面奇数叶片加工编号(1、3、…2n+1)输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存，其中n≥0；

2.3开始整体叶盘变截面奇数叶片的套取成形加工，直至整体叶盘变截面的奇数叶片的套取成形加工完成；

2.4将整体叶盘变截面偶数叶片加工编号(2、4、…2n)输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存，其中n≥1；

2.5开始整体叶盘变截面偶数叶片的套取成形加工，直至整体叶盘变截面偶数叶片的套取成形加工完成。

进一步，在步骤2.3和步骤2.4间，对整体叶盘变截面奇数叶片表面的电解液残留物进行清洗。

进一步，在步骤2.5后，对整体叶盘变截面偶数叶片表面的电解液残留物进行清洗。

进一步，步骤4)中所述的二次检查包括：

检查整体叶盘套取成形变截面叶片表面及流道是否存在凸起或凹陷的部位；

检查阴极HSK与脉冲电解机床X1轴和X2轴的配合面之间的间隙；

检查均匀化成形阴极表面是否有异物。

进一步，步骤4)中所述的二次清洗具体为：采用无水乙醇清洗套取成形变截面叶片表面以及均匀化阴极表面。

进一步，步骤5)具体为：

5.1将确定好的工艺参数输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存；

5.2将整体叶盘变截面叶片加工编号输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存；

5.3开始整体叶盘变截面叶片的均匀化成形加工，直至整体叶盘变截面所有叶片的套取成形加工完成。

进一步，在步骤5.3后，对整体叶盘变截面叶片表面的电解液残留物进行清洗。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的变截面叶片的精密电解加工方法，通过选择套取叶型的方法，实现整体叶盘的开通道和叶片形状的初步成形；通过选择整体复制的方法，实现整体叶盘套取成形叶片的均匀化成形。套取成形和均匀化成形是一种高质量加工工艺，其加工电流和流场压力可自行调节，保证了变截面叶型精密电解加工过程的稳定。解决了加工过程中的短路烧伤问题，提高了工具阴极的使用寿命，经过试验一套阴极可完成至少1245片变截面叶片的精密电解加工，与传统铣削相比节约生产成本约88％，提高加工效率约23％；变截面叶片精密电解后无需进行抛磨和消除应力，缩短了产品制造周期；变截面叶片型面精密电解的加工策略及方法是基于大量的实验数据总结出来的，具有很大的推广应用价值。本发明实现变截面叶片型面精密电解加工过程的稳定化，确保叶片型面的加工质量、加工精度、加工效率等指标满足工艺要求，克服现有的整体叶盘叶型数控铣削加工周期长、加工效率低及生产成本高的不足，并最终实现精密电解技术的工程化应用的目的。

进一步，在加工前进行检查，保证了精密电解加工过程中电流密度的均匀性和流场的稳定性，确保精密电解加工过程的稳定性。

进一步，在加工前对整体叶盘进行清洗，将整体叶盘上的油污清洗干净，确保电解液不被油类物质所污染，保证加工过程稳定。

进一步，奇数叶片和偶数的加工顺序仅进行一次手动编辑即可完成，直至加工结束，确保了变截面奇数叶片和偶数叶片的连续、高效率加工；奇数叶片的套取成形是在毛坯状态下完成的，其混合场中气液相的流动特性和加工工况基本相同，确保了奇数叶片加工过程的稳定性；偶数叶片的套取叶型加工是在两奇数叶片间的毛料状态下完成的，其混合场中气液相的流动特性和加工工况基本相同，确保了偶数叶片加工过程的稳定性。

进一步，在套取成形结束后，将套取成形阴极从精密电解机床上取下，并安装均匀化成形阴极，进行二次检查和清洗，保证变截面叶型整体复制的质量和精度。

进一步，形成了规范性的均匀化成形的操作工艺指导要求，能够将均匀化阴极型面整体复制到整体叶盘套取成形叶片中，获得理想的变截面叶片整体复制效果，保证成形质量。

附图说明

图1为本发明的整体叶盘成品示意图；

图2为本发明的变截面叶片示意图；

图3是整体叶盘毛坯示意图；

图4是整体叶盘套取成形奇数叶片示意图；

图5是整体叶盘套取成形偶数叶片示意图；

图6是整体叶盘均匀化成形叶片示意图；

图7是整体叶盘流道型面示意图。

其中，1为变截面叶片，2为整体叶盘盘体，3为整体叶盘内圆，4为变截面叶片待套取成形区域，5为奇数叶片，6为偶数叶片预留区域，7为奇数叶片预留区域，8为偶数叶片，9为流道型面。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

整体叶盘叶片型面结构复杂，叶片数量多，叶片截面的形状和尺寸均不相同，叶片型面余量去除量大，为典型的难加工、复杂结构，目前叶型加工采用铣削的方法，其加工时间长，加工成本高，加工精度高，加工表面存有大量刀痕及切削应力，需通过后续工艺进行特殊处理，因此给整体叶盘的叶型加工提出了很高的要求。

精密电解是通过借助成型工具阴极，将阴极型面复制到工件上，达到成形的目的。与传统数控铣削相比，精密电解加工无热应力和加工应力产生，且工件表面无重铸层，在批量生产中精密电解加工优质、高效的优势更加突出。作为整体叶盘复杂叶片型面精密电解成形的关键，加工策略和工艺方法的选取直接决定着加工过程的稳定性，保证产品加工精度和加工效率。

考虑到精密电解属于复制加工，而电流密度均匀性和流场稳定性是保证叶片型面整体复制的关键，因此需排除影响加工过程稳定的因素，避免出现短路烧伤，确保加工过程的连续，进而保证产品加工质量、加工精度和加工效率，为此制定出了合理、可行的工艺路线：①检查→②清洗→③套取成形→④检查→⑤清洗→⑥检测→⑦均匀化成形→⑧终检。

考虑到整体叶盘叶型加工的工艺方法较多，而每种工艺方法的目的和作用均不相同，同时结合整体叶盘叶片型面结构特点，确定了以下工艺方法：①首先，选择套取叶型的方法，实现整体叶盘的开通道和叶片形状的初步成形，②其次，选择整体复制的方法，实现整体叶盘套取成形叶片的均匀化成形。

如图1所示，考虑到整体叶盘变截面叶片1数量可能为奇数，也可能为偶数，而采取不同的加工策略所带来的气液相流动特性也大不相同，这直接影响着加工过程的稳定性和持续性，最终造成加工质量、加工精度和加工效率的不同，因此套取叶型选择先套取奇数叶片5，后套取偶数叶片8的加工策略，均匀化成形选取逐个叶片复制的加工策略。

本发明的变截面叶片的精密电解加工方法，具体包括以下步骤：

(1)检查：为了保证精密电解加工过程中电流密度的均匀性和流场的稳定性，确保精密电解加工过程的稳定性，需检查并确认以下内容：

a.如图3所示，整体叶盘内圆3和整体叶盘变截面叶片待套取成形区域4表面无磕碰、划伤。

b.如图3所示，整体叶盘盘体2和整体叶盘变截面叶片待套取成形区域4表面无机械加工毛刺。

c.用塞尺检查阴极HSK与脉冲电解机床X1轴的配合面之间的间隙，要求间隙值小于0.05mm。

d.套取成形阴极片表面无黑色膜、结晶物或其它异物。

(2)清洗：如图3所示，采用99.9％的无水乙醇清洗整体叶盘盘体2、整体叶盘内圆3、整体叶盘变截面叶片待套取成形区域4的切削液、冷却液等油污，并放置在室温环境下晾干，确保电解液不被油类物质所污染，保证加工过程稳定。

(3)套取成形：如图4和图5所示，为了实现加工过程的稳定，获得整体叶盘套取成形叶片对整体叶盘变截面叶型的理想包络，保证加工质量，形成了规范性操作工艺指导要求，具体步骤如下：

a.将确定好的电解液参数、加工参数、轨迹参数等工艺参数输入精密电解机床的加工程序中，并由第二操作人员进行校对，并保存；

b.将整体叶盘变截面奇数叶片5加工编号(1、3、…2n+1)输入精密电解机床的加工程序中，并由第二操作人员进行校对，然后保存，其中n≥0；

c.关闭精密电解机床的安全门，并点击锁定键，启动精密电解机床的自动加工模式，将进给分倍率旋转至100％，开始整体叶盘变截面奇数叶片5的套取成形加工，直至整体叶盘变截面奇数叶片5的套取成形加工完成；其中，在相邻的两个奇数叶片5之间的预留区域为偶数叶片预留区域；

d.停止精密电解机床的自动加工模式，并点击松开健，打开精密电解机床的安全门；

e.采用手动清理的方法，完成整体叶盘变截面奇数叶片5表面的电解液残留物的清洗；

f.将整体叶盘变截面偶数叶片8加工编号(2、4、…2n)输入精密电解机床的加工程序中，并由第二操作人员进行校对，然后保存，其中n≥1；

g.关闭精密电解机床的安全门，并点击锁定键，启动精密电解机床的自动加工模式，将进给分倍率旋转至100％，开始整体叶盘变截面偶数叶片8的套取成形加工，直至整体叶盘变截面偶数叶片8的套取成形加工完成；其中，在相邻的两个偶数叶片8之间的预留区域为奇数叶片预留区域7；

h.停止精密电解机床的自动加工模式，并点击松开健，打开精密电解机床的安全门；

i.采用手动清理的方法，完成整体叶盘变截面偶数叶片8表面的电解液残留物的清洗。

(4)检测：采用三坐标测量机，同时结合Blade专业测量软件，如图2和图7所示，对整体叶盘套取成形变截面叶片的截面Ⅰ、截面Ⅱ、截面Ⅲ、截面Ⅳ和整体叶盘流道型面9的最小加工余量进行检测，并与工艺设计余量要求进行数据对比，满足工艺设计余量要求后即可确定套取成形工艺路线和加工策略的合理性。

检测设备：海克斯康GLOBAL，检测行程2100mm(L)*1500mm(W)*1000mm(H)，得到如表1所示的数据。

表1

套取成形前，我们会根据技术策划，确定加工后的一个指标，即工艺设计余量，最小加工余量是我们经过试验、检测得出的实际结果，需与工艺设计余量进行对比，看是否达到了要求，如果没有，我们将继续开展工艺优化，直到满足工艺设计余量要求。

(5)检查：将套取成形阴极从精密电解机床上取下，并安装均匀化成形阴极，为了保证变截面叶型整体复制的质量和精度，需检查并确认以下内容：

a.整体叶盘套取成形变截面叶片表面及流道型面9无明显凸起或凹陷的部位。

b.用塞尺检查阴极HSK与脉冲电解机床X1轴和X2轴的配合面之间的间隙，要求间隙值小于0.05mm。

c.均匀化成形阴极片表面无黑色膜、结晶物或其它异物。

(6)清洗：采用99.9％的酒精清洗套取成形变截面叶片表面，以及均匀化阴极片表面，并放置在室温环境下晾干。

(7)均匀化成形：如图6所示，为了将均匀化阴极型面整体复制到整体叶盘套取成形叶片中，获得理想的变截面叶片整体复制效果，保证成形质量，形成了规范性操作工艺指导要求，具体步骤如下：

a.将确定好的电解液参数、加工参数、轨迹参数等工艺参数输入精密电解机床的加工程序中，并由第二操作人员进行校对，并保存；

b.将整体叶盘变截面叶片的加工编号输入精密电解机床的加工程序中，并由第二操作人员进行校对，然后保存；

c.关闭精密电解机床的安全门，并点击锁定键，启动精密电解机床的自动加工模式，将进给分倍率旋转至100％，开始整体叶盘变截面叶片的均匀化成形加工，直至整体叶盘变截面所有叶片的均匀化成形加工完成；

d.停止精密电解机床的自动加工模式，并点击松开健，打开精密电解机床的安全门；

e.采用手动清理的方法，完成整体叶盘变截面叶片表面的电解液残留物的清洗。

(8)终检：采用三坐标测量机，同时结合Blade专业测量软件，如图2和图7所示，对整体叶盘套取成形变截面叶片的截面Ⅰ、截面Ⅱ、截面Ⅲ、截面Ⅳ和整体叶盘流道型面9的加工余量进行检测，并与工艺设计余量要求进行数据对比，满足工艺设计余量要求后即可完成均匀化成形工艺路线和加工策略的合理性。

均匀化成形前，我们会根据技术策划，确定加工后的一个指标，即工艺设计余量，最小加工余量是我们经过试验、检测得出的实际结果，需与工艺设计余量进行对比，看是否达到了要求，如果没有，我们将继续开展工艺优化，直到满足工艺设计余量要求。

检测设备：海克斯康GLOBAL，检测行程2100mm(L)*1500mm(W)*1000mm(H)，得到如表2所示的数据。

表2

Claims (10)

1.一种变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)加工前预处理：初次检查和初次清洗；

2)套取成形：使用套取成形阴极先套取奇数叶片(5)，后套取偶数叶片(8)，获取整体叶盘套取成形叶片对整体叶盘变截面叶型的理想包络；

3)检测：对整体叶盘套取成形变截面叶片的截面Ⅰ、截面Ⅱ、截面Ⅲ、截面Ⅳ和整体叶盘流道型面(9)的最小加工余量进行检测；

4)中间预处理：二次检查和二次清洗；

5)均匀化成形：将均匀化阴极型面整体复制到整体叶盘套取成形叶片中；

6)终检：对整体叶盘套取成形变截面叶片的截面Ⅰ、截面Ⅱ、截面Ⅲ、截面Ⅳ和整体叶盘流道型面(9)的加工余量进行检测。

2.根据权利要求1所述的变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，步骤1)中所述的初次检查包括：

检查整体叶盘内圆(3)和整体叶盘变截面叶片待套取成形区域(4)表面是否损伤；

检查整体叶盘盘体(2)和整体叶盘变截面叶片待套取成形区域(4)表面是否存在毛刺；

检查阴极HSK与脉冲电解机床X1轴的配合面之间的间隙；

检查套取成形阴极表面无是否有异物。

3.根据权利要求1所述的变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，步骤1)中所述的初次清洗具体为：采用无水乙醇清洗整体叶盘。

4.根据权利要求1所述的变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，步骤2)具体为：

2.1将确定好的工艺参数输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存；

2.2将整体叶盘变截面奇数叶片(5)加工编号(1、3、…2n+1)输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存，其中n≥0；

2.3开始整体叶盘变截面奇数叶片(5)的套取成形加工，直至整体叶盘变截面的奇数叶片(5)的套取成形加工完成；

2.4将整体叶盘变截面偶数叶片(8)加工编号(2、4、…2n)输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存，其中n≥1；

2.5开始整体叶盘变截面偶数叶片(8)的套取成形加工，直至整体叶盘变截面偶数叶片(8)的套取成形加工完成。

5.根据权利要求4所述的变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，在步骤2.3和步骤2.4间，对整体叶盘变截面奇数叶片(5)表面的电解液残留物进行清洗。

6.根据权利要求4所述的变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，在步骤2.5后，对整体叶盘变截面偶数叶片(8)表面的电解液残留物进行清洗。

7.根据权利要求1所述的变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，步骤4)中所述的二次检查包括：

检查整体叶盘套取成形变截面叶片表面及流道是否存在凸起或凹陷的部位；

检查阴极HSK与脉冲电解机床X1轴和X2轴的配合面之间的间隙；

检查均匀化成形阴极表面是否有异物。

8.根据权利要求1所述的变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，步骤4)中所述的二次清洗具体为：采用无水乙醇清洗套取成形变截面叶片表面以及均匀化阴极表面。

9.根据权利要求1所述的变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，步骤5)具体为：

5.1将确定好的工艺参数输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存；

5.2将整体叶盘变截面叶片加工编号输入精密电解机床的加工程序中，并进行校对和保存；

5.3开始整体叶盘变截面叶片的均匀化成形加工，直至整体叶盘变截面所有叶片的套取成形加工完成。

10.根据权利要求9所述的变截面叶片的精密电解加工方法，其特征在于，在步骤5.3后，对整体叶盘变截面叶片表面的电解液残留物进行清洗。