CN110860749B - 一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极。玻璃管电极包括：依次连接的电极第一段、电极第二段和电极第三段，所述电极第一段与所述电极第三段平行设置，且所述电极第一段和所述电极第二段以及所述电极第二段与所述电极第三段之间的夹角为钝角，所述电极第一段用于进给至所述涡轮叶片上的干涉气膜孔中。本发明的玻璃管电极不会引起电极变形或抖动，杜绝了导致加工过程不稳定可能性的存在，能确保加工过程的稳定进行；其曲线结构便于进给至干涉气膜孔处，保证了加工过程的顺利进行，实现了玻璃管电极对干涉气膜孔可达性的目的。

Description

一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极

技术领域

本发明涉及电液束加工技术领域，特别是涉及一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极。

背景技术

高压涡轮叶片作为发动机的重要部件之一，对发动机性能影响很大。目前各国在涡轮部件的结构设计上推陈出新，不断地优化部件设计结构，例如，在国外先进航空发动机涡轮部件设计中，为减少涡轮导向叶片缘板间的漏气损失，提高涡轮效率，越来越多的采用了双联、三联甚至多联高压涡轮导向叶片的设计方案，整体双联或多联铸造的高压涡轮导向叶片叶身和缘板上分布有孔径大小不一、角度各异的气膜冷却孔，叶栅内多数小孔的加工路径出现了空间干涉，这给气膜孔加工带来了极大的难度。

所谓干涉气膜孔，指的是加工路径受空间干涉使玻璃管电极不能直接到达指定位置的气膜孔。针对涡轮叶片干涉气膜孔的加工，目前尚无成熟可行的加工方法。而且，该类零件已大量采用单晶材料，气膜孔加工质量需达到无再铸层、无微裂纹、无热影响区等高品质要求，传统的加工方法已无法满足。

电液束制孔工艺作为一种高品质加工技术，被广泛应用于单晶叶片的气膜孔加工中。目前，国内典型高压涡轮叶片气膜孔均为非干涉孔，针对这些气膜孔，已形成了完备的系列毛细玻璃管电极制备体系。虽然针对非干涉孔，直线玻璃管电极的设计与制备工艺较为成熟。但直线玻璃管电极受限干涉空间的影响，无法到达待加工的干涉部位，存在“可达性”的技术问题。为解决电极的“可达性”问题，比较可行的方案为将直线电极设计为曲线状。现有的设计方案为将电极分为二段的结构，如附图1所示。在附图1中，曲线电极结构分为2个区段①、②。区段②与干涉气膜孔出气方向和电极运行方向保持一致。该结构虽然可以有效解决电极的“可达性”问题，但实际带来了以下技术问题：一、液束喷出后对曲线电极的反作用力可能引起电极变形或抖动，从而导致加工过程不稳定。二、电极运行方向为横向运动，与Z方向呈90°，液束受重力影响，将在孔入口处出现“失稳”现象，导致孔口形貌不佳。

鉴于涡轮叶片上干涉气膜孔电液束加工比较困难的难题，如何提供一种便于加工、“可达性”好、加工效果佳的玻璃管电极是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例第一方面提供了一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极。包括依次连接的电极第一段、电极第二段和电极第三段，电极第一段与电极第三段平行设置，且电极第一段和电极第二段以及电极第二段与电极第三段之间的夹角为钝角。将电极第一段与电极第三段平行设置解决加工过程中“失稳”的问题，将电极第一段和电极第二段以及电极第二段与电极第三段之间的夹角为钝角实现可达性的目的。

本发明实施例第二方面提供一种用于电液束加工时进给至涡轮叶片上的干涉气膜孔的玻璃管电极。包括玻璃管电极，解决加工过程中“失稳”的问题和实现可达性的目的。

(2)技术方案

本发明的实施例第一方面提出了一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极，包括：依次连接的电极第一段、电极第二段和电极第三段，所述电极第一段与所述电极第三段平行设置，且所述电极第一段和所述电极第二段以及所述电极第二段与所述电极第三段之间的夹角为钝角，所述电极第一段用于进给至所述涡轮叶片上的干涉气膜孔中。

进一步地，所述电极第一段的长度不大于

其中T为所述干涉气膜孔相对的涡轮叶片与所述干涉气膜孔所在的涡轮叶片距离最近点的切线与经过所述干涉气膜孔的圆心平行的直线之间的距离；α为所述干涉气膜孔轴心方向与所述干涉气膜孔所在涡轮叶片表面之间的夹角；T₁为所述玻璃管电极上预留出电极第一段的插接尺寸长度和电极第一段在电液束加工时的进给开度。

进一步地，所述T₁为10mm。

进一步地，所述电极第一段与所述电极第二段或所述电极第二段与所述电极第三段之间的夹角为180°-α；所述电极第二段的不小于

其中S为所述干涉气膜孔所对涡轮叶片尾缘表面最远点所在切线与经过所述干涉气膜孔的圆心的平行的直线之间的距离。

进一步地，所述电极第一段与所述电极第二段之间的夹角为155°。

进一步地，所述电极第一段、所述电极第二段和所述电极第三段的截面形状相同。

本发明的实施例第二方面提出了一种本发明实施第一方面任一项所述的玻璃管电极用于电液束加工时进给至涡轮叶片上的干涉气膜孔。

(3)有益效果

综上所述，本发明的玻璃管电极不会引起电极变形或抖动，杜绝了导致加工过程不稳定可能性的存在，能确保加工过程的稳定进行；同时本发明的玻璃管电极的曲线结构便于进给至干涉气膜孔处，保证了加工过程的顺利进行，实现了玻璃管电极对干涉气膜孔可达性的目的。

除此之外，本发明的玻璃管电极适用于对涡轮叶片电液束加工中使用，能提高电液束加工的质量和加工效果，具有广泛的应用前景。

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是现有技术中设计的一种玻璃管电极的结构示意图。

图2是现有技术中双联涡轮叶片的结构示意图。

图3是本发明实施例第一方面提出的一种玻璃管电极的结构示意图。

图4是本发明实施例第一方面提出的又一种玻璃管电极的具体结构示意图。

图中：前涡轮叶片1、后涡轮叶片2、干涉气膜孔3、玻璃管电极4、电极第一段41、电极第二段42、电极第三段43。

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件、部件和连接方式的任何修改、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。

在介绍本发明实施例前有必要距离说明一下干涉气膜孔的结构。如附图2所示，附图2为双联涡轮叶片由前涡轮叶片1和后涡轮叶片2整体铸造组成。根据气膜孔出气方向，后涡轮叶片2叶盆处气膜孔加工路径与前涡轮叶片1叶身发生空间干涉，前涡轮叶片1叶背处气膜孔加工路径与后涡轮叶片2叶身发生空间干涉。下面将参照附图3-附图4、以上述的双联涡轮叶片并结合实施例来详细说明本申请。

本发明实施例第一方面的一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极4，参阅附图3所示，包括：依次连接的电极第一段41、电极第二段42和电极第三段43，电极第一段41与电极第三段43平行设置，且电极第一段41和电极第二段42以及电极第二段42与电极第三段43之间的夹角为钝角，电极第一段41用于进给至涡轮叶片上的干涉气膜孔3中。

如附图3所示，本发明实施例第一方面的玻璃管电极4主要由依次连接的电极第一段41、电极第二段42和电极第三段43连接，其中电极第一段41与电极第三段43平行设置保证了玻璃管电极4的进给方向(也就是电极第一段41或电极第三段43的长度方向)与干涉气膜孔3轴线方向一致，液束喷出后对玻璃管电极4反作用力方向也是沿着电极第一段41或电极第三段43的长度方向延伸，在其他方向上没有分力存在，则不会引起电极变形或抖动，从而也就杜绝了导致加工过程不稳定的可能，能确保加工过程的稳定进行。将电极第一段41和电极第二段42以及电极第二段42与电极第三段43之间的夹角设计为为钝角这是因为涡轮叶片结构上整体向外弯曲延伸，若电极第一段41和电极第二段42以及电极第二段42与电极第三段43之间的夹角为锐角或直角时，电极第二段42在使用过程中容易与涡轮叶片尾缘部分碰触，玻璃管电极4无法正常进给至干涉气膜孔3处。

综上所述，本发明实施例的玻璃管电极4不会引起电极变形或抖动，杜绝了导致加工过程不稳定可能性的存在，能确保加工过程的稳定进行；同时本发明实施例的玻璃管电极4的曲线结构便于进给至干涉气膜孔3处，保证了加工过程的顺利进行，实现了玻璃管电极4对干涉气膜孔3可达性的目的。

进一步地，参阅附图3所示，本发明实施例第一方面的一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极4中电极第一段41的一般不大于

其中T为干涉气膜孔3相对的涡轮叶片与干涉气膜孔3所在的涡轮叶片距离最近点的切线与经过干涉气膜孔3的圆心平行的直线之间的距离；α为干涉气膜孔3轴心方向与干涉气膜孔3所在涡轮叶片表面之间的夹角；T₁为玻璃管电极4上预留出电极第一段41的插接尺寸长度和电极第一段41在电液束加工时的进给开度。

为确保电极第一段41能顺利从前涡轮叶片1、后涡轮叶片2之间的空隙中进给至干涉气膜孔3处，首先，电极第一段41的长度不应长于前涡轮叶片1与后涡轮叶片2之间的最小距离。否则，电极第一段41无法从前涡轮叶片1、后涡轮叶片2之间的空隙中进给至干涉气膜孔3处。因此将电极第一段41的长度设置为

可以确保电极第一段41顺利进给到干涉气膜孔3处，确保了电液束加工的顺利进行。当然，电极第一段41的长度小于

时，也不会影响其进给以及与电极第三段43平行位置关系。

具体地，本发明实施例第一方面的一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极4中的T₁可以为10mm。这是因为一般玻璃管电极4上预留出电极第一段41的插接尺寸长度为8mm、电极第一段41在电液束加工时的进给开度为2mm。因此将T₁可设置为10mm可以确保玻璃管电极4上预留出电极第一段41的插接尺寸和电极第一段41在电液束加工时进给开度。

当然，T₁可以根据实际需要的长度来设置，如8mm，9mm，11mm,12mm等，其具体长度不应构成对本申请的限制。

进一步地，参阅附图3所示，本发明实施例第一方面的又一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极4中电极第一段41与电极第二段42或所述电极第二段42与电极第三段43之间的夹角可以为180°-α；电极第二段42的应不小于

其中S为干涉气膜孔3所对涡轮叶片尾缘表面最远点所在切线与经过干涉气膜孔3的圆心的平行的直线之间的距离。

首先，α表示的是干涉气膜孔3轴心方向与干涉气膜孔3所在涡轮叶片表面之间的夹角，当电极第一段41与电极第二段42或所述电极第二段42与电极第三段43之间的夹角为180°-α时，电极第二段42则会与干涉气膜孔3所在涡轮叶片表面平行，从而能避免电极第二段42在进给过程中与涡轮叶片发生碰触，这种角度下最便于玻璃管电极的进给；其次，当电极第二段42的长度为

时，电极第一段41进给至干涉气膜孔3时，电极第三段43还保持在前涡轮叶片1尾缘的外侧，便于电极第三段43与电液束加工机床的连接。当然，当电极第二段42的长度大于

时，不会影响整个装置的正常工作。因此，本发明实施例中电极第二段42一般不小于

具体的，本发明实施例第一方面的又一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极4中电极第一段41与电极第二段42之间的夹角为155°。此时，α＝25°，基本上符合绝大多数涡轮叶片的结构特征。

具体的，本发明实施例第一方面的又一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极4中电极第一段41、电极第二段42和电极第三段43的截面形状相同。一般，在实际工作时，电极第一段41用于进给至待加工的干涉气膜孔3中，电极第三段43与电液束加工机床连接。因此，与电液束加工机床连接一端的电极第三段43截面积较大，为便于进给至待加工的干涉气膜孔3中且有利于加工出完美的加工孔的形状，极第一段41的截面积较小，所以，电极第一段41、电极第二段42和电极第三段43的截面积大小可能不相同，但为确保电液束流动的稳定性和均匀性，一般电极第一段41、电极第二段42和电极第三段43的截面相撞相同。

本发明实施例第二方面的一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极4用于电液束加工时进给至涡轮叶片上的干涉气膜孔3。

本发明实施例的玻璃管电极4不会引起电极变形或抖动，杜绝了导致加工过程不稳定可能性的存在，能确保加工过程的稳定进行；同时本发明实施例的玻璃管电极4的曲线结构便于进给至干涉气膜孔3处，保证了加工过程的顺利进行，实现了玻璃管电极4对干涉气膜孔3可达性的目的，能顺利用于电液束加工时进给至涡轮叶片上的干涉气膜孔3。

最后，为进一步说明本发明实施例，下面对附图3所示的一个具体的加工零件来说明本发明实施例第一方面的涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极4

参阅附图3所示，结合后涡轮叶片2的结构特点，以玻璃管电极置入干涉空间开始加工的位置能够方便地完成进刀和退刀动作为原则，设计玻璃管电极4的结构尺寸。

首先第一步从设计图纸获取后涡轮叶片2上干涉气膜孔3的结构特征信息：位置S为72.5mm、位置T为23.5mm、角度α为25°。

再根据干涉气膜孔3的特点，结合电极进给方式，将玻璃管电极4设计为电极第一段41、电极第二段42和电极第三段43，其中电极第一段41和电极第三段43平行。

然后根据本发明实施例第一方面中阐述的设计原则，得到电极第一段41、电极第二段42和电极第三段43各段的长度尺寸为：

电极第一段41：

电极第二段42：

电极第三段43：考虑电极安装密封头与叶片之间的开度要求，设计为60mm；电极第一段41、电极第二段42和电极第三段43三段之间的角度设计为155°；电极第一段41和电极第三段43之间距离20mm。

根据上述玻璃管电极4结构特点，设计并研制出适合上述待加工干涉气膜孔3的玻璃管电极4，如图4所示。

本发明实施例的玻璃管电极4不会引起电极变形或抖动，杜绝了导致加工过程不稳定可能性的存在，能确保加工过程的稳定进行；同时本发明实施例的玻璃管电极4的曲线结构便于进给至干涉气膜孔3处，保证了加工过程的顺利进行，实现了玻璃管电极4对干涉气膜孔3可达性的目的。

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 (5)

1.一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极，其特征在于，包括：依次连接的电极第一段、电极第二段和电极第三段，所述电极第一段与所述电极第三段平行设置，且所述电极第一段和所述电极第二段以及所述电极第二段与所述电极第三段之间的夹角为钝角，所述电极第一段用于进给至所述涡轮叶片上的干涉气膜孔中；

所述电极第一段的长度不大于

；其中T为所述干涉气膜孔相对的涡轮叶片与所述干涉气膜孔所在的涡轮叶片距离最近点的切线与经过所述干涉气膜孔的圆心平行的直线之间的距离；

为所述干涉气膜孔轴心方向与所述干涉气膜孔所在涡轮叶片表面之间的夹角；T₁为所述玻璃管电极上预留出电极第一段的插接尺寸长度和电极第一段在电液束加工时的进给开度。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极，其特征在于，所述T₁为10mm。

3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极，其特征在于，所述电极第一段与所述电极第二段或所述电极第二段与所述电极第三段之间的夹角为

；所述电极第二段的长度不小于

；其中S为所述干涉气膜孔所对涡轮叶片尾缘表面最远点所在切线与经过所述干涉气膜孔的圆心的平行的直线之间的距离。

4.根据权利要求3所述的一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极，其特征在于，所述电极第一段与所述电极第二段之间的夹角为155°。

5.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片电液束加工用玻璃管电极，其特征在于，所述电极第一段、所述电极第二段和所述电极第三段的截面形状相同。

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