CN111037014A - 多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置与方法，属于电解加工领域。所述的加工装置包括以下组件：上固定架、下固定架、机床支架、阴极模块、工装夹具，其特征在于：上下固定架组合形成龙门型结构，一侧与机床支架相连，另一侧置于整流定子内侧并设置有U型滑槽，阴极安装在滑槽内，阴极沿整流定子圆半径向外运动实现对内向叶片的加工；工具阴极采用模块化设计，阴极模块包括阴极模组（阴极头、绝缘套、固定块）与进液连接座，快速拆卸更换进液连接座上的阴极模组，并沿U型槽滑移阴极模块至新加工位，即可实现对整流定子不同级叶片的加工。本发明能够满足内向叶片的套料电解加工需求，对实现工件上多级叶片的连续加工有重要意义。

Description

多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置与方法
技术领域
本发明涉及一种多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置与方法，属于电解加工技术领域。
背景技术
电解加工属于特种加工技术，基于电化学阳极溶解作用原理去除材料。在电解加工过程中，成型工具阴极在数控系统控制下向工件阳极进给，工件阳极材料逐渐溶解，直到工件阳极形状、尺寸达到要求。该加工方法具有工具阴极不损耗、无切削应力的特点，在难切削材料复杂形状零件的批量加工方面具有显著优势。
套料电解加工在等截面叶片类零部件的大批量制造中具有效率高、成本低的显著优势，因而被广泛应用于整体叶轮和扩压器的生产制造环节。
近年来，国内外专家学者在套料电解加工方面开展了广泛研究。在专利“全过程一字型流动柔性保护套料电解加工装置及方法”（申请号CN201610696734.7 发明人 朱栋 柳傲 谷洲之等）中，提出了一种一字型工具阴极，配合柔性绝缘块实现叶片套料加工的方法。该方法可以实现对外向叶片的电解加工，但尚不能满足内向叶片的电解加工。在专利“一种电解加工大扭曲叶片整体叶盘的内腔可变工具阴极”（申请号 CN110026630A 申请人 孙伦业 陈浩 王晖）中，提出了加工整体叶盘大扭曲叶片的内腔可变工具阴极，该装置采用夹具驱动轴带动阴极夹具同步旋转进给方法，解决了套料电解加工、径向成型电解加工和数控展成电解加工难以加工大扭曲变截面整体叶盘叶片的问题，但对于狭窄空间的内向叶片加工尚无法满足。文章“Turbomachinery component manufacture by application ofelectrochemical, electro-physical and photonic processes”中提及了一种出液敞开式电解加工方法，该种方法能够以3mm/min的速度快速套出叶片形状，但其阴极结构固定，无法实现多级叶片的加工。
现有的正冲套料电解加工方式虽然在整体叶盘和扩压器等零部件的加工中具有优势，但无法实现对整流定子内向叶片的加工，存在工件阳极与工具阴极干涉的问题；加工多级外向叶片工件时，可调性和通用性不足，无法实现多级叶片的连续加工。因此，急需提出一种新的电解加工装置与方法，实现对多级整流定子内向叶片的高效电解加工。
发明内容
本发明旨在解决多级整流定子内向叶片的套料加工干涉问题，实现多级叶片的连续加工，提升电解套料加工稳定性，提出一种多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置与方法。
一种多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置，包括整流定子，其中整流定子主体为1/3圆环型结构，叶片位于整流定子环型结构内侧，其特征在于：该套料电解加工装置还包括整流定子固定装置、阴极固定装置、阴极模块。上述整流定子固定装置由工装环、工装块、工装盘组成；其中工装块上侧与工装环相连，工装块下侧与工装盘相连，工装盘安装于机床转盘上；工装块为扇段型结构，使得工装环形成部分悬空段；整流定子安装在工装环的悬空段上方； 上述阴极固定装置由龙门型固定框和机床支架组成；其中龙门型固定框包括上固定架和下固定架；上固定架和下固定架的一侧位于整流定子环型结构内侧，另一侧位于整流定子环型结构外侧；上固定架和下固定架组合后整体套在工装环的悬空段及整流定子环型结构上；龙门型固定框一侧与机床支架相连，另一侧设置有U型滑槽与阴极定位孔，用于连接不同规格的阴极模块；上述阴极模块包括进液连接座、阴极模组；进液连接座安装于阴极固定装置的U型滑槽内。
所述的多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置，其特征还在于：上述阴极模组由固定块、阴极头和绝缘套三部分组成；其中阴极头安装在固定块前部，绝缘套安装于固定块内腔中，绝缘套头部伸入阴极头腔内，固定块后部与进液连接座相连；绝缘套头部端面具有凹腔，其外壁面与固定块竖直内腔壁面存在间隙，其头部端面与阴极头内腔壁面存在间隙，阴极头端面与整流定子间存在加工间隙形成出液通道；阴极头端面有仿形出液开口，但开口对应加工叶片进排气边区域的曲率半径大于实际叶片进排气边的曲率半径。
上述阴极模组分为多套，针对整流定子多级叶片形状特性，分别设计对应阴极模组中固定块、阴极头和绝缘套三部分的内腔深度与截面尺寸，每组的固定块与进液连接块的连接方式保持一致。
上述阴极头端面为圆弧形结构，曲率半径为整流定子内侧圆环半径的一半。
所述的多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置的加工方法，其特征在于：加工前，依次安装整流定子、整流定子固定装置、阴极固定装置；根据加工对象选取其对应的阴极模组，对阴极头、绝缘套、阴极块进行组装，通过进液连接座安装在阴极固定装置的固定架U型滑槽内，并调整阴极模块至加工位；加工单级叶片时，根据内向叶片特性设置阴极运动路径，使阴极沿整流定子圆半径方向由内向外进给；加工进给开始后，圆弧形阴极头的中部先进入加工状态，随着进给增加，阴极加工面由中部逐渐向两边扩大，直至两侧边缘进入加工状态后加工面保持稳定；进给结束即完成单个叶片的加工，接着旋转整流定子角度进入下一加工工位，开始同级下一叶片加工；重复进给阴极与旋转整流定子的过程直至完成该级所有叶片的加工；单级叶片加工完成后，只拆卸进液连接座上的阴极模组并安装上另一套阴极模组，沿U型滑槽移动阴极模块到新加工位，调整进给参数后即可开始对整流定子不同级叶片的连续加工。
叶片加工过程中，电解液从进液连接块流入，通过固定块与绝缘套的间隙，经绝缘套与阴极头的端面间隙进入加工通道，实现对叶片叶盆、叶背、进气边、排气边全轮廓的均匀稳定供液，然后由出液通道流出；随加工进给，整流定子叶片逐渐成型，其成型部分穿过阴极头端面间隙后伸入绝缘套凹腔中与电解液相隔绝。
本发明的优点在于：
1. 多级整流定子内向叶片套料电解加工装置中的固定架一侧与机床支架相连，另一侧置于整流定子内侧并设置有U型滑槽，阴极安装在滑槽内，阴极沿整流定子圆半径向外运动实现对内向叶片的加工，解决现有套料电解装置无法进行内向叶片加工的问题。
2.阴极部分采用模块化设计，通过统一进液连接块与固定块的配合接口，在加工不同级、不同尺寸的叶片时，只更换阴极模组即可开始对下一级叶片的加工，提升阴极的通用性，实现整流定子上多级叶片的连续加工。
3.固定架采用分体组合龙门型设计，使用上下双固定架结构的原因在于，电解加工过程电解液压力高达数Mpa，且工具阴极受力复杂，单固定架结构易导致阴极模块发生变形、抖动、定位不准等问题；对称的上下双固定架结构很好的避免了侧向扭矩的产生，进而抑制了阴极模块的抖动，提升了加工精度和加工稳定性。
4.阴极头采用弧形设计，在电解加工初期，阴极头的中部最先进入加工状态，由于电解液出口位于阴极头中部，加工初期电解液即进入压迫收敛状态。随着进给增加，阴极加工面由中部逐渐向两边扩大，直至两侧边缘进入加工状态后加工面保持不变，有利于提高加工初期流场的均匀性，加工过程更稳定。
5.本发明采用全轮廓供液方式，加工过程中，新电解液从进液连接块流入，通过固定块与绝缘套间的间隙，经绝缘套与阴极头的端面间隙进入加工通道，实现对叶片叶盆、叶背、进气边、排气边的均匀稳定供液，然后由出液通道流出，保证了对叶片全轮廓的供液，提高了电解加工过程中流场的均匀性，确保叶片全轮廓的稳定加工。
附图说明
图1是多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置的整体装配图；
图2是阴极模块的装配图；
图3是阴极模块的剖视图；
图4是圆弧形阴极头与平面形阴极头加工对比图；
图5是内向叶片的全轮廓供液方式流道图；
图中标号名称：1.整流定子，2.工装环，3.工装块，4.工装盘，5.机床转盘，6.机床支架，7.下固定架，8.上固定架，9.阴极模组（9.1固定块，9.2阴极头，9.3绝缘套），10.进液连接座，11.叶片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方法做进一步阐述。具体如下：
实施本发明——“多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置与方法”，其装置包括整流定子，工装环，工装块，工装盘，机床转盘，机床支架，下固定架，上固定架，固定块，阴极头，绝缘套，进液连接块。
采用本发明电解加工多级整流定子内向叶片的过程包括以下步骤：
步骤一：组装需加工级叶片的阴极模块，将装配好的阴极模块安装到龙门型固定框上；将扇段型工装块与工装环相连，形成部分悬空段，并将整流定子安装在工装环的悬空段处；
步骤二：连接电解液管、电源阴极、电源阳极；
步骤三：启动电源与电解液循环系统；
步骤四：启动数控机床运行程序，工具阴极沿叶片轴线方向进给，在阴极的电解腐蚀作用下，工件阳极材料逐渐溶解去除，完成单个叶片加工；
步骤五：启动数控机床运行工件轴旋转程序，到位后重复步骤四，直至完成整级叶片的加工；
步骤六：拆下并更换阴极模块，沿U型槽滑动阴极模块至第二级叶片加工位，重复步骤三、四、五，直至完成全部叶片的加工；
步骤七：加工结束后，断电，关闭电解液循环系统，拆下整流定子并清洗。

Claims (5)

1.一种多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置，包括整流定子（1），其中整流定子（1）主体为1/3圆环型结构，叶片位于整流定子环型结构内侧，其特征在于：
该套料电解加工装置还包括整流定子固定装置、阴极固定装置、阴极模块；
上述整流定子固定装置由工装环（2）、工装块（3）、工装盘（4）组成；其中工装块（3）上侧与工装环（2）相连，工装块（3）下侧与工装盘（4）相连，工装盘（4）安装于机床转盘（5）上；工装块（3）为扇段型结构，使得工装环（2）形成部分悬空段；整流定子（1）安装在工装环（2）的悬空段上方；
上述阴极固定装置由龙门型固定框和机床支架（6）组成；其中龙门型固定框包括上固定架（8）和下固定架（7）；上固定架（8）和下固定架（7）的一侧位于整流定子（1）环型结构内侧，另一侧位于整流定子（1）环型结构外侧；上固定架（8）和下固定架（7）组合后整体套在工装环（2）的悬空段及整流定子（1）环型结构上；龙门型固定框一侧与机床支架（6）相连，另一侧设置有U型滑槽与阴极定位孔，用于连接不同规格的阴极模块；
上述阴极模块包括进液连接座（10）、阴极模组（9）；进液连接座（10）安装于阴极固定装置的U型滑槽内。
2.根据权利要求1所述的多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置，其特征在于：
上述阴极模组（9）由固定块（9.1）、阴极头（9.2）和绝缘套（9.3）三部分组成；其中阴极头（9.2）安装在固定块（9.1）前部，绝缘套（9.3）安装于固定块（9.1）内腔中，绝缘套（9.3）头部伸入阴极头（9.2）腔内，固定块（9.1）后部与进液连接座（10）相连；绝缘套（9.3）头部端面具有凹腔，其外壁面与固定块（9.1）竖直内腔壁面存在间隙，其头部端面与阴极头（9.2）内腔壁面存在间隙，阴极头（9.2）端面与整流定子（1）间存在加工间隙形成出液通道；阴极头（9.2）端面有仿形出液开口，但出液开口中对应叶片进排气边区域的曲率半径大于实际叶片进排气边的曲率半径。
3.根据权利要求2所述的多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置，其特征在于：
上述阴极模组（9）分为多套，针对整流定子多级叶片形状特性，分别设计对应阴极模组（9）中固定块（9.1）、阴极头（9.2）和绝缘套（9.3）三部分的内腔深度与截面尺寸，每组的固定块（9.2）与进液连接块（10）的连接方式保持一致。
4.根据权利要求2所述的多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置，其特征在于：
上述阴极头（9.2）端面为圆弧形结构，圆弧结构的曲率半径为整流定子（1）内侧圆环半径的一半。
5.利用权利要求1所述的多级整流定子内向叶片的套料电解加工装置的加工方法，其特征在于：
加工前，依次安装整流定子（1）、整流定子固定装置、阴极固定装置；根据加工对象选取其对应的阴极模组（9），对阴极头（9.2）、绝缘套（9.3）、阴极块（9.1）进行组装，通过进液连接座（10）安装在阴极固定装置的固定架U型滑槽内，并调整阴极模块至加工位；
加工单级叶片时，根据内向叶片特性设置阴极运动路径，使阴极沿整流定子（1）圆半径方向由内向外进给；加工进给开始后，圆弧形阴极头（9.2）的中部先进入加工状态，随着进给增加，阴极加工面由中部逐渐向两边扩大，直至两侧边缘进入加工状态后加工面保持稳定；进给结束即完成单个叶片的加工，接着旋转整流定子（1）角度进入下一加工工位，开始同级下一叶片加工；重复进给阴极与旋转整流定子的过程直至完成该级所有叶片的加工；
单级叶片加工完成后，只拆卸进液连接座（10）上的阴极模组（9）并安装上另一套阴极模组（9），沿U型滑槽移动阴极模块到新加工位，调整进给参数后即可开始对整流定子（1）不同级叶片的连续加工；
叶片（11）加工过程中，电解液从进液连接块（10）流入，通过固定块（9.1）与绝缘套（9.3）的间隙，经绝缘套（9.3）与阴极头（9.2）的端面间隙进入加工通道，实现对叶片（11）叶盆、叶背、进气边、排气边全轮廓的均匀稳定供液，然后由出液通道流出；随加工进给，整流定子叶片逐渐成型，其成型部分穿过阴极头（9.2）端面间隙后伸入绝缘套（9.3）凹腔中与电解液相隔绝。
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