CN113210770A - 等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺 - Google Patents

等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺 Download PDF

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徐静
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Abstract

本发明提供一种等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，将待加工整体叶盘毛坯装夹到电解机床的回转工作台上后安装并调整工具阴极组件位置，然后进行对刀，设定电解工艺参数后启动加工程序进行叶片的电解加工，当前叶片加工完成后，工具阴极组件抬起，待加工整体叶盘沿轴线旋转预设角度，加工另一片叶片。本发明加工效率高、电极无损耗、加工薄型结构无残余应力和变形，适用于批量生产，而且批量生产中电解加工优质、高效点优势更加突出，电解加工后型面尺寸与理论型面尺寸偏差不大于±0.02，电解加工后型面，叶片经过磨粒流抛光后，表面粗糙度达到Ra0.8，满足整体叶盘产品的复杂工作环境。

Description

等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，特别涉及一种等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺。
背景技术
随着航空、航天事业的发展，高温合金整体叶盘在航空航天发动机的应用越来越广泛。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。
整体叶盘叶型复杂、精度要求高，其制造技术成为许多科研单位研究的重点。传统的数控铣削方法受刀具运动空间限制，加工精度低，加工效率低，废品率高。整体叶盘加工工艺主要包括：高效整体铣削和数控精密电解。与数控铣削方法相比，整体叶盘电解加工效率高、电极(刀具)无损耗、加工薄型结构无残余应力和变形，在批量生产中电解加工优质、高效优势更加突出。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，解决了加工精度低，加工效率低，废品率高的问题，所加工的整体叶盘满足设计指标要求，能适应发动机产品的高速旋转的复杂工作环境。
本发明采用的技术方案是：一种等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，包括以下步骤：
步骤1、设备开机，循环电解液0.5h-1h，直至电解液电导率稳定在±0.5范围内；
步骤2、安装待加工整体叶盘毛坯，将待加工整体叶盘毛坯通过定位、夹紧固定安装在电解机床的回转工作台的气动夹盘内；
步骤3、安装工具阴极组件，将工具阴极组件安装在电解机床Z轴电解位移微调装置的前端；
步骤4、调整工具阴极组件位置，通过电解位移微调装置，调整工具阴极组件与待加工整体叶盘毛坯相对位置；
步骤5、对刀；
步骤5.1、手动对刀，将工具阴极组件移动至待加工整体叶盘外圆上表面正上方位置；
步骤5.2、自动对刀，工具阴极组件以0.7mm/min速度缓慢移动至待加工整体叶盘外圆上表面，直至设备指示灯闪烁；
步骤5.3、工具阴极组件移动到距离待加工叶片上表面初始加工间隙的位置；
步骤6、设定电解工艺参数；
步骤7、启动加工程序，进行叶片电解加工；
步骤8、当前叶片加工完成后，工具阴极组件抬起，待加工整体叶盘沿轴线旋转预设角度，重复步骤5.3和步骤7，再开始加工另一片叶片，直到整体叶盘加工完成。
进一步，步骤1的电解液为NaNO3溶液，电解液pH值7.0～7.5、电解液压力1.0～1.5Mpa、电解液电导率130～150ms/cm。
进一步，步骤3工具阴极组件包括阴极基体，所述阴极基体中心处加工开口向下的内部凹槽，所述阴极基体两侧开设对称分布的进液孔及出液槽，绝缘保护套安装在阴极基体内部凹槽的内表面，所述绝缘保护套底端开设与阴极基体出液槽尺寸相匹配的出液槽，所述阴极基体的开口处安装固定阴极片。
进一步，步骤5.1工具阴极组件端面距待加工整体叶盘外圆上表面0.3～0.5mm。
进一步，步骤6电解工艺参数为包括加工电压15～18V、进给速度3.5～4.5mm/min、温度25～35℃。
进一步，阴极片内型尺寸根据叶片设计轮廓尺寸计算所得，计算公式为：
Δb＝ηωκ(U-δE)/V；
Figure BDA0003028562730000021
其中：Δb------底面平衡间隙；
Δs------侧面间隙；
ηω-----实际电化当量；
κ------电解液电导率；
U------加工电压；
δE----超电压；
V------进给速度；
F------阴极片厚度。
进一步，整体叶盘材质为不锈钢、高强度钢、钛合金材料。
本发明的有益效果是：本发明加工效率高、电极无损耗、加工薄型结构无残余应力和变形，适用于批量生产，而且批量生产中电解加工优质、高效点优势更加突出，电解加工后型面尺寸与理论型面尺寸偏差不大于±0.02，电解加工后型面，叶片经过磨粒流抛光后，表面粗糙度达到Ra0.8，满足整体叶盘产品的复杂工作环境。
附图说明
图1为等截面高温合金整体叶盘电解加工设备结构示意图；
图2为工具阴极组件结构示意图；
图3为整体叶盘结构示意图。
附图标记：1-电解设备夹持器 2-电解位移微调装置 3-工具阴极组件 4-回转工作台 5-待加工整体叶盘 31-阴极基体 32-绝缘保护套 33-阴极片 34-固定挡片 35-锁紧螺钉 51-已加工叶片部分 52-叶片
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
等截面整体叶盘指的是叶片52沿着阴极运动方向的垂直面剖切，每个横截面的形状都是一致的。如图3所示，等截面整体叶盘为圆形盘面，在圆形盘面外圆周面上均布多个叶片52，每个叶片52的形状均相同，且叶片52沿着阴极运动方向的不同高度横截面形状均相同。
如图1和图2所示，本发明为一种等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，主要包括电解机床、电解位移微调装置2、工具阴极组件3及叶盘电解加工参数设定四个方面。
电解机床，包括气源系统、电解液系统、控制系统、过滤系统、冷却及加热系统、主机操作系统。主机操作系统主要包括电源、回转工作台4以及进给机构。回转工作台4用于装夹工件，可绕A轴转动，进给机构的主轴实现Z轴方向的直线运动，
电解加工的操作步骤如下：
步骤1、设备开机，循环电解液0.5h-1h，直至电解液电导率稳定在±0.5范围内；
步骤2、安装待加工整体叶盘5毛坯，将待加工整体叶盘5毛坯通过定位、夹紧固定安装在电解机床的回转工作台4的气动夹盘内；
步骤3、安装工具阴极组件3，将工具阴极组件3安装在电解机床Z轴电解位移微调装置2的前端；
步骤4、调整工具阴极组件3位置，通过电解位移微调装置2，调整工具阴极组件3与待加工整体叶盘5毛坯相对位置；
步骤5、对刀；
步骤5.1、手动对刀，将工具阴极组件3移动至待加工整体叶盘5外圆上表面正上方位置；
步骤5.2、自动对刀，工具阴极组件3以0.7mm/min速度缓慢移动至待加工整体叶盘5外圆上表面，直至设备指示灯闪烁；
步骤5.3、工具阴极组件3移动到距离待加工叶片52上表面初始加工间隙的位置；
步骤6、设定电解工艺参数；
步骤7、启动加工程序，进行叶片52电解加工；
步骤8、当前叶片52加工完成后，工具阴极组件3抬起，待加工整体叶盘5沿轴线旋转预设角度，重复步骤5.3和步骤7，再开始加工另一片叶片52，直到整体叶盘加工完成。预设角度＝360°÷叶片52总数。
电解位移微调装置2可实现电解机床进给机构沿X/Y/C方向的移动和转动。电解位移微调装置2通过安装底座与电解机床进给机构的电解设备夹持器1相连、通过阴极连接器与工具阴极组件3连接。安装底座通过两个定位销保证与电解设备夹持器1角向；安装底座与单向滑块通过两个定位销保证角向关系，通过连接螺栓实现固定夹紧；单向滑块通过微调螺栓完成Y方向位移微调；单向滑块与连接块通过微调螺栓完成X方向位移微调；连接块与旋转块通过旋转块腰孔实现周向微调，用连接螺栓实现旋转后夹紧。
如图2所示，工具阴极组件3，包括阴极基体31，为黄铜H62材料，具有良好的导电性，阴极基体31中心处加工开口向下的内部凹槽，阴极基体31两侧开设对称分布的进液孔及出液槽，绝缘保护套32安装在阴极基体31内部凹槽的内表面，绝缘保护套32为聚亚酰胺材料，具有良好的耐高温及耐腐蚀性能，可实现对已加工叶片部分51的保护，绝缘保护套32底端开设与阴极基体31出液槽尺寸相匹配的出液槽，阴极基体31的开口处安装固定阴极片33，阴极片33为Cu-W80材料，阴极片33内型尺寸根据叶片轮廓尺寸计算所得。阴极片33通过固定挡片34和锁紧螺钉35与阴极基体31固定连接。整个装置可保证稳定的电解液流场，实现整体叶盘叶片电解的稳定加工。工具阴极组件3的初始位置为工具阴极组件3的端面距待加工整体叶盘5外圆上表面0.3～0.5mm。加工时，工具阴极组件3延Z轴向下运动进行电解加工，电解加工完成的已加工叶片部分51逐渐进入绝缘保护套32内，将已加工叶片部分51保护起来防止加工叶片部分51会杂散腐蚀。直到这个叶片52电解加工完成后，工具阴极组件3延Z轴向上运动。
阴极片33内型尺寸根据叶片52设计轮廓尺寸计算所得，计算公式为：
Δb＝ηωκ(U-δE)/V；
Figure BDA0003028562730000041
其中：Δb------底面平衡间隙；
Δs------侧面间隙；
ηω-----实际电化当量；
κ------电解液电导率；
U------加工电压；
δE----超电压；
V------进给速度；
F------阴极片厚度。
电解加工参数范围的设定，包括电解液介质、电解液压力、电解液电导率、电解液pH值，加工电压、进给速度、温度等，具体见表1。
表1电解加工参数
Figure BDA0003028562730000051
本发明可应用于不锈钢、高强度钢、钛合金材料的等截面整体叶盘的电解加工。
本发明已实现了多种型号等截面高温合金整体叶盘的电解加工，电解加工后型面尺寸与理论型面尺寸偏差不大于±0.02；电解加工后型面，叶片52经过磨粒流抛光后，表面粗糙度达到Ra0.8，能满足整体叶盘产品的复杂工作环境。
以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的任何修改、等效变换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设备开机，循环电解液0.5h-1h，直至电解液电导率稳定在±0.5范围内；
步骤2、安装待加工整体叶盘毛坯，将待加工整体叶盘毛坯通过定位、夹紧固定安装在电解机床的回转工作台的气动夹盘内；
步骤3、安装工具阴极组件，将工具阴极组件安装在电解机床Z轴电解位移微调装置的前端；
步骤4、调整工具阴极组件位置，通过电解位移微调装置，调整工具阴极组件与待加工整体叶盘毛坯相对位置；
步骤5、对刀；
步骤5.1、手动对刀，将工具阴极组件移动至待加工整体叶盘外圆上表面正上方位置；
步骤5.2、自动对刀，工具阴极组件以0.7mm/min速度缓慢移动至待加工整体叶盘外圆上表面，直至设备指示灯闪烁；
步骤5.3、工具阴极组件移动到距离待加工叶片上表面初始加工间隙的位置；
步骤6、设定电解工艺参数；
步骤7、启动加工程序，进行叶片电解加工；
步骤8、当前叶片加工完成后，工具阴极组件抬起，待加工整体叶盘沿轴线旋转预设角度，重复步骤5.3和步骤7，再开始加工另一片叶片，直到整体叶盘加工完成。
2.根据权利要求1所述的等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，其特征在于：所述步骤1的电解液为NaNO3溶液，电解液pH值7.0～7.5、电解液压力1.0～1.5Mpa、电解液电导率130～150ms/cm。
3.根据权利要求1所述的等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，其特征在于：所述步骤3工具阴极组件包括阴极基体，所述阴极基体中心处加工开口向下的内部凹槽，所述阴极基体两侧开设对称分布的进液孔及出液槽，绝缘保护套安装在阴极基体内部凹槽的内表面，所述绝缘保护套底端开设与阴极基体出液槽尺寸相匹配的出液槽，所述阴极基体的开口处安装固定阴极片。
4.根据权利要求1所述的等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，其特征在于：所述步骤5.1工具阴极组件端面距待加工整体叶盘外圆上表面0.3～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，其特征在于：所述步骤6电解工艺参数为包括加工电压15～18V、进给速度3.5～4.5mm/min、温度25～35℃。
6.根据权利要求3所述的等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，其特征在于：所述阴极片内型尺寸根据叶片设计轮廓尺寸计算所得，计算公式为：
Δb＝ηωκ(U-δE)/V；
Figure FDA0003028562720000021
其中：Δb------底面平衡间隙；
Δs------侧面间隙；
ηω-----实际电化当量；
κ------电解液电导率；
U------加工电压；
δE----超电压；
V------进给速度；
F------阴极片厚度。
7.根据权利要1～6任意一项所述的等截面高温合金整体叶盘电解加工工艺，其特征在于：整体叶盘材质为不锈钢、高强度钢、钛合金材料。
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