CN110977065A - 一种整体叶盘电解成形旋转开形工装及电解成形方法 - Google Patents

Abstract

一种整体叶盘电解成形旋转开形工装及电解成形方法，包括套筒组件套筒盖板、电解液进水管、电解液水口、接电螺杆、对刀销、电极片、轴夹持器、旋转连接件、曲线型滑动轨道；一种整体叶盘电解成形方法，包括以下步骤：步骤1，将旋转开形工装安装在机床开形轴和机床左侧腔体上；步骤2，确定机床开形轴、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴的初始加工原点；步骤3，通过卧式电解机床的控制面板输入加工参数；步骤4，加工整体叶盘中的单个叶片；步骤5，整体叶盘的单个叶片完成开形后，通过整体叶盘分度工装调整整体叶盘角向位置，加工下一叶片，直至加工完成。利用本发明工装对整体叶盘变曲面叶片旋转开形加工，加工出的叶片余量均匀，且精度高。

Description

一种整体叶盘电解成形旋转开形工装及电解成形方法

技术领域

本发明属于电解加工技术领域，具体涉及一种整体叶盘电解成形旋转开形工装及电解成形方法。

背景技术

电机加工是一种利用电化学阳极溶解原理进行材料蚀除，并最终将零件加工成型的工艺。该技术不受工件材料力学、机械性能限制，其零件表面加工质量高，无应力、无热影响区、工具阴极无损耗。随着科技和工业技术发展，对零件的形式和尺度提出了新的要求，产品向精密化、微型化发展。新型航空发动机压气机整体叶盘相比于非整体式叶盘有着重量小、稳定性高等优点，在航空发动机前沿领域有广阔的应用前景。

目前，常用的整体叶盘叶片加工方法有：数控铣削加工、线性摩擦焊以及精密电解加工等，其中适用于高压压气机整体叶盘加工的是精密电解加工技术。但精密电解加工工艺存在对设备高度依赖的问题，用于整体叶盘叶片加工的精密电解加工设备单台成本高于数控铣削机床。

整体叶盘叶片电解加工分为粗开槽加工与精密成形。传统电解设备由于没有转动进给轴，只能进行直开槽加工，加工后的叶片精度较低，余量分布不均。为了给精密成形留有均匀余量，这要求粗开槽阶段电极进给过程中需要移动与旋转联动。这增加了对电解机床的要求，占用精密电解设备产能，增加粗开槽加工的成本。

发明内容

本发明的目的在于改进现有整体叶盘电解粗开槽利用先进精密电解设备，占用设备产能，研发和生产成本高等情况，提出一种整体叶盘电解成形旋转开形工装及电解成形方法，降低研发和生产成本，缩短整体叶盘叶片电解加工的研发周期，利用旋转开形工装实现对轴旋转角度和进给相匹配的整体叶盘电解加工方法。

一种整体叶盘电解成形旋转开形工装，包括套筒组件，所述套筒组件一端与机床左侧腔体连接，所述机床左侧腔体内同轴套装有机床开形轴，机床开形轴延伸至套筒组件内腔，所述套筒组件内腔同轴安装有轴夹持器，轴夹持器一端与机床开形轴内孔配合，轴夹持器另一端设置有相对轴线对称布置的曲线型滑动轨道，沿轴夹持器轴线开设有中心流道Ⅰ，轴夹持器上设置有电解液进水管，且电解液进水管与中心流道Ⅰ的小直径孔一端连通，且电解液进水管靠近机床开形轴设置，在轴夹持器的中心流道Ⅰ内同轴套装有旋转连接件，旋转连接件一端与中心流道Ⅰ的小直径孔另一端配合，旋转连接件另一端与套筒组件配合，所述旋转连接件中间部分外圆面对称设置有滑块，且滑块与曲线型滑动轨道配合，所述旋转连接件的中心流道Ⅱ内远离机床开形轴一端与电解液水口一端连接，电解液水口另一端设置有电极片，电极片上对称设置有接电螺杆，接电螺杆上设置有对刀销，所述电解液水口上套装有套筒盖板，且套筒盖板与套筒组件相连。

所述套筒组件包括上筒体和下筒体，所述上筒体与下筒体对接形成套筒组件。

所述套筒盖板采用聚醚醚酮材料制成，所述电解液水口采用聚酰亚胺材料制成，所述轴夹持器、旋转连接件、左侧套筒、右侧套筒及对刀销均采用不锈钢材料制成，接电螺杆采用紫铜材料制成。

一种整体叶盘电解成形方法，采用整体叶盘电解成形旋转开形工装，包括以下步骤：

步骤1，将整体叶盘电解旋转开形工装的轴夹持器及套筒组件分别安装在机床开形轴和机床左侧腔体上；

步骤2，将整体叶盘毛坯安装在卧式电解机床工作台上，使用对刀销与整体叶盘毛坯进行对刀，确定机床开形轴、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴的初始加工原点；

步骤3，通过卧式电解机床的控制面板输入机床开形轴、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴各步骤加工完成位置值、机床开形轴进给速度、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴联动进给速度、电参数及电解液参数；

步骤4，打开电解液，电解加工过程中，电解液经电解液进水管流入轴夹持器的中心流道Ⅰ中，再经旋转连接件的中心流道Ⅱ进入电解液水口，最后从电极片的中心流道Ⅲ中流出，进入加工区；同时接通电源，开始整体叶盘电解成形加工，加工过程中利用机床开形轴进给时轴夹持器上基于机床开形轴中心线对称设置的曲线型滑动轨道带动旋转连接件转动，进而电解液水口跟随旋转连接件转动，实现电极片的精确旋转，机床开形轴进给的同时配合整体叶盘X、Y、Z轴的联动实现整体叶盘变曲面叶片精密加工；

步骤5，整体叶盘的单个叶片完成开形后，通过整体叶盘分度工装调整整体叶盘角向位置，进行下一片叶片加工，直至完成整个整体叶盘叶片加工。

本发明的有益效果为：

1、本发明结合电解加工效率高、刀具无损耗的优势，提出整体叶盘叶片电解旋转开形加工方法；利用轴夹持器与旋转连接件之间的曲线滑轨配合实现整体叶盘变曲面叶片旋转开形加工，加工出的叶片余量均匀，精度高，降低了设备成本和整体叶盘加工研发要求，缩短了研发周期，且具有巨大的潜在效益。

2、本发明应用在航空发动机整体叶盘叶片的电解成形加工领域，适用于整体叶盘复杂扭曲叶片高精度低成本加工。本发明利用电解工艺效率高成本低的特点与旋转开形工装配合实现无旋转轴设备开展整体叶盘变曲面叶片的电解成形，有效降低研发和加工成本，具有精密电解加工效率高、生产成本低的特点，且具有广阔的应用前景。

3、本发明解决了整体叶盘复杂曲面叶片电解成形对设备高度依赖的难题，保证整体叶盘叶片全截面仿形精度，相比于传统电解加工降低了进行整体叶盘电解加工的设备成本，提高研发效率50％以上。

附图说明

图1为本发明旋转开形工装的主视图；

图2为本发明旋转开形工装的俯视图；

图3为本发明旋转开形工装的右视图；

图4为本发明旋转开形工装电解液进水管部分放大图；

图5为本发明旋转开形工装A-A向剖视图；

图6为本发明旋转开形工装B-B向剖视图；

图7为本发明旋转开形工装C-C向剖视图；

图8为本发明旋转开形工装D-D向剖面旋转180°视图；

图9为本发明旋转开形工装曲线型滑动轨道轨迹原理图；

图10为本发明旋转开形工装曲线型滑动轨道轨迹与旋转角度关系图；

图11为本发明旋转开形工装加工整体叶盘俯视图；

图12为本发明旋转开形工装加工整体叶盘主视图；

1-机床开形轴，2-机床左侧腔体，3-套筒组件，4-套筒盖板，5-电解液进水管，6-电解液水口，7-接电螺杆，8-对刀销，9-电极片，10-轴夹持器，11-旋转连接件，12-曲线型滑动轨道，13-整体叶盘毛坯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1至图8所示，一种整体叶盘电解成形旋转开形工装，包括套筒组件3，所述套筒组件3一端通过销和螺钉与机床左侧腔体2连接，所述机床左侧腔体2内同轴套装有机床开形轴1，机床开形轴1延伸至套筒组件3内腔，所述套筒组件3内腔同轴安装有轴夹持器10，轴夹持器10一端与机床开形轴1内孔配合，轴夹持器10另一端设置有相对轴线对称布置的曲线型滑动轨道12，两个曲线型滑动轨道12的圆弧弧顶朝向相反，曲线型滑动轨道12的曲线轨迹由叶片各截面高度和弦线角度确定，沿轴夹持器10轴线开设有中心流道Ⅰ，轴夹持器10上设置有电解液进水管5，且电解液进水管5与中心流道Ⅰ的小直径孔一端连通，且电解液进水管5靠近机床开形轴1设置，在轴夹持器10的中心流道Ⅰ内同轴套装有旋转连接件11，旋转连接件11一端与中心流道Ⅰ的小直径孔另一端配合，旋转连接件11另一端与套筒组件3配合，所述旋转连接件11中间部分外圆面对称设置有滑块，且滑块与曲线型滑动轨道12配合，所述旋转连接件11的中心流道Ⅱ内远离机床开形轴1一端与电解液水口6一端连接，电解液水口6另一端设置有电极片9，电极片9上的中心流道Ⅲ的截面形状根据叶片截面形状向外偏置1mm确定，电极片9上对称设置有接电螺杆7，接电螺杆7上设置有对刀销8，所述电解液水口6上套装有套筒盖板4，且套筒盖板4与套筒组件3相连。

所述套筒组件3包括上筒体和下筒体，所述上筒体与下筒体对接形成套筒组件3。

所述套筒盖板4采用聚醚醚酮材料制成，所述电解液水口6采用聚酰亚胺材料制成，所述轴夹持器10、旋转连接件11、左侧套筒、右侧套筒及对刀销8均采用不锈钢材料制成，接电螺杆7采用紫铜材料制成。

一种整体叶盘电解成形方法，采用整体叶盘电解成形旋转开形工装，如图9至图12所示，包括以下步骤：

步骤1，将整体叶盘电解旋转开形工装的轴夹持器10及套筒组件3分别安装在机床开形轴1和机床左侧腔体2上；

步骤2，将整体叶盘毛坯13安装在卧式电解机床工作台上，使用对刀销8与整体叶盘毛坯13进行对刀，确定机床开形轴1、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴的初始加工原点；

步骤3，先通过仿真软件计算出机床开形轴1与卧式电解机床工作台X、Y、Z轴各步骤运动距离，通过卧式电解机床的控制面板输入机床开形轴1、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴各步骤加工完成位置值以及机床开形轴1进给速度、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴联动进给速度；然后通过卧式电解机床的控制面板输入电参数和电解液参数，加工电压为12V、电解液压力为15bar、电解液温度为25℃；

步骤4，打开电解液，电解加工过程中，电解液经电解液进水管5流入轴夹持器10的中心流道Ⅰ中，再经旋转连接件11的中心流道Ⅱ进入电解液水口6，最后从电极片9的中心流道Ⅲ中流出，进入加工区；同时接通电源，开始整体叶盘电解成形加工，加工过程中利用机床开形轴1进给，带动轴夹持器10与机床开形轴一同进给，进而轴夹持器10上基于机床开形轴1中心线对称设置的曲线型滑动轨道12带动旋转连接件11转动，进而电解液水口6跟随旋转连接件11转动，实现电极片9的精确旋转，机床开形轴1进给的同时配合整体叶盘X、Y、Z轴的联动实现整体叶盘变曲面叶片精密加工；

步骤5，整体叶盘的单个叶片完成开形后，通过整体叶盘分度工装调整整体叶盘角向位置，进行下一片叶片加工，直至完成整个整体叶盘叶片加工。

Claims (4)

1.一种整体叶盘电解成形旋转开形工装，其特征在于，包括套筒组件，所述套筒组件一端与机床左侧腔体连接，所述机床左侧腔体内同轴套装有机床开形轴，机床开形轴延伸至套筒组件内腔，所述套筒组件内腔同轴安装有轴夹持器，轴夹持器一端与机床开形轴内孔配合，轴夹持器另一端设置有相对轴线对称布置的曲线型滑动轨道，沿轴夹持器轴线开设有中心流道Ⅰ，轴夹持器上设置有电解液进水管，且电解液进水管与中心流道Ⅰ的小直径孔一端连通，且电解液进水管靠近机床开形轴设置，在轴夹持器的中心流道Ⅰ内同轴套装有旋转连接件，旋转连接件一端与中心流道Ⅰ的小直径孔另一端配合，旋转连接件另一端与套筒组件配合，所述旋转连接件中间部分外圆面对称设置有滑块，且滑块与曲线型滑动轨道配合，所述旋转连接件的中心流道Ⅱ内远离机床开形轴一端与电解液水口一端连接，电解液水口另一端设置有电极片，电极片上对称设置有接电螺杆，接电螺杆上设置有对刀销，所述电解液水口上套装有套筒盖板，且套筒盖板与套筒组件相连。

2.根据权利要求1所述的一种整体叶盘电解成形旋转开形工装，其特征在于：所述套筒组件包括上筒体和下筒体，所述上筒体与下筒体对接形成套筒组件。

3.根据权利要求1所述的一种整体叶盘电解成形旋转开形工装，其特征在于：所述套筒盖板采用聚醚醚酮材料制成，所述电解液水口采用聚酰亚胺材料制成，所述轴夹持器、旋转连接件、左侧套筒、右侧套筒及对刀销均采用不锈钢材料制成，接电螺杆采用紫铜材料制成。

4.一种整体叶盘电解成形方法，采用权利要求1所述的整体叶盘电解成形旋转开形工装，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将整体叶盘电解旋转开形工装的轴夹持器及套筒组件分别安装在机床开形轴和机床左侧腔体上；

步骤2，将整体叶盘毛坯安装在卧式电解机床工作台上，使用对刀销与整体叶盘毛坯进行对刀，确定机床开形轴、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴的初始加工原点；

步骤3，通过卧式电解机床的控制面板输入机床开形轴、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴各步骤加工完成位置值、机床开形轴进给速度、卧式电解机床工作台X、Y、Z轴联动进给速度、电参数及电解液参数；

步骤4，打开电解液，电解加工过程中，电解液经电解液进水管流入轴夹持器的中心流道Ⅰ中，再经旋转连接件的中心流道Ⅱ进入电解液水口，最后从电极片的中心流道Ⅲ中流出，进入加工区；同时接通电源，开始整体叶盘电解成形加工，加工过程中利用机床开形轴进给时轴夹持器上基于机床开形轴中心线对称设置的曲线型滑动轨道带动旋转连接件转动，进而电解液水口跟随旋转连接件转动，实现电极片的精确旋转，机床开形轴进给的同时配合整体叶盘X、Y、Z轴的联动实现整体叶盘变曲面叶片精密加工；

步骤5，整体叶盘的单个叶片完成开形后，通过整体叶盘分度工装调整整体叶盘角向位置，进行下一片叶片加工，直至完成整个整体叶盘叶片加工。

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