CN113210775A - 一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置，包括进气边工具阴极、进气边进液导向板、进气边出液导向板、进气边绝缘块、排气边工具阴极、排气边进液导向板、排气边出液导向板和排气边绝缘块；采用进/排气边工具阴极沿着叶片进排气边端部最优进给方向进行精确修型；电解液从进/排气边工具阴极上侧进液口进入进/排气边工具阴极内部，从进/排气边进液导向板和进/排气边工具阴极围成的流道流向加工区，流经毛坯进/排气边端部型面，从进/排气边出液导向板和进/排气边工具阴极围成的流道流出加工区最后流出。可以使加工在远小于常规加工间隙的条件下进行，从而显著提升叶片/整体叶盘进排气边的轮廓精度。

Description

一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置
技术领域
本发明涉及电解加工技术领域，特别是涉及一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置。
背景技术
随着航空工业的不断发展，对航空发动机性能的要求也越来越高，为了减轻发动机的重量并提高发动机的整体性能，采用整体式叶盘结构替代传统的榫头榫槽装配式结构已成为必然趋势。整体叶盘作为航空发动机的核心零部件，其加工质量直接影响发动机的气动性能。在整体叶盘上，进/排气边是最为重要的功能部位，它将高速流动的气流分割和合并，使气流贴合叶片型面流动并传递动力，若前后缘加工精度超差，则会发生气流紊乱等问题，严重影响发动机性能，因此进/排气边通常是整体叶盘上精度要求最高的部位。
然而进/排气边结构复杂，空间扭曲、截面曲率半径小、材料为镍基高温合金或钛合金等难加工材料，其精确制造极为困难。电解加工是基于电化学阳极溶解原理去除材料的特种加工方法，其有加工与材料力学性能无关、加工效率高、工具无损耗、表面质量好、无加工应力等诸多优点，已成为发动机叶片、叶盘的主要制造方法之一。在传统叶片/整体叶盘电解加工中，通常采用叶盆、叶背两个工具阴极相互面向进给，加工叶盆、叶背型面的同时将进排气边成型。这种方法能较好的保证叶片叶盆叶背的加工精度，然而进排气边处于两个阴极之间间隙的边缘，加工中电场和流场变化剧烈，精度控制极为困难。
现有的叶片、叶盘的电解加工装置都是基于传统方法进行设计的，例如四川聚亿重工有限公司贾永德等设计的叶片电解加工装置(贾永德，刘敏，王小龙；一种用于叶片电解加工的装置[P].；四川省：CN212761591U，2021-03-23)，以及中国航发动力股份有限公司雷海峰等设计的开放式整体叶盘电解加工装置(雷海峰，王福平，张智，陈文亮，张占英，郭相峰，曹力，黄楚芃.；一种开式整体叶盘的电解加工工艺方法[P]；陕西省：CN112191962A，2021-01-08)，这些装置均采用一对叶盆叶背阴极相向进给加工叶片型面，对叶盆叶背型面加工精度较高，但很难控制进排气边处的加工精度。针对这一现状，南京航空航天大学张荣辉等提出了一种交叉阴极结构(张荣辉；叶片进排气边电解加工交叉型阴极设计与试验研究[D]；南京航空航天大学，2017)，通过对传统加工方法中阴极进排气边处结构进行了优化改善进排气边出电场分布，提高了进排气边的加工精度，但由于该方法仍然属于传统方法，加工时进排气边处电场依旧处于持续变化过程之中，难以达到平衡状态，因此对进排气边的加工精度改善有限。
为了提高叶片进排气边的电解加工精度，亟需创新加工方法和加工装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高叶片或整体叶盘进排气边电解加工精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置，包括进气边工具阴极、进气边进液导向板、进气边出液导向板、进气边绝缘块、排气边工具阴极、排气边进液导向板、排气边出液导向板和排气边绝缘块；
具有导流凹槽结构的所述进气边进液导向板和进气边出液导向板均安装在所述进气边工具阴极上，所述进气边进液导向板和进气边出液导向板与进气边工具阴极之间形成内部电解液流道；具有导流凹槽结构的所述排气边进液导向板和排气边出液导向板均安装在所述排气边工具阴极上，所述排气边进液导向板和排气边出液导向板与排气边工具阴极之间形成内部电解液流道；
电解加工时，叶片或整体叶盘的毛坯与电源正极相连，所述进气边工具阴极和排气边工具阴极均与电源负极相连，所述进气边绝缘块和排气边绝缘块分别安装于进气边工具阴极和排气边工具阴极的加工刃两侧；电解液从进气边工具阴极和排气边工具阴极上侧的进液口分别进入进气边工具阴极和排气边工具阴极内部，然后分别从进气边进液导向板和进气边工具阴极围成的流道以及排气边进液导向板和排气边工具阴极围成的流道流向加工区，电解液分别流经叶片或整体叶盘的毛坯进气边和排气边的端部型面，再分别从进气边出液导向板和进气边工具阴极围成的流道和排气边出液导向板和排气边工具阴极围成的流道流出加工区，最后从出液口流出。
优选地，所述进气边工具阴极和排气边工具阴极分别向叶片进排气边端部最优进给方向匀速进给，同时沿进给方向作往复振动，当进气边工具阴极和排气边工具阴极快速接近叶片至特定距离时通电加工；当进气边工具阴极和排气边工具阴极与叶片之间抵达最小间隙后，断电电解液冲刷，给电脉宽的时间前置于进气边工具阴极和排气边工具阴极与叶片的最小间隙时刻，该进给修型过程的工作模式为脉动态优化耦合模式。
优选地，所述进气边工具阴极和排气边工具阴极沿叶片进排气边端部的最优进给方向的确定方式为：首先在叶片或整体叶盘叶型数模上取若干截面，在每个截面中均绘制出叶片轮廓的中弧线，分别在中弧线与进气边、排气边交点处向叶片轮廓外侧做中弧线切线，取该中弧线切线向外延伸方向作为进气边和排气边的端部方向；其次，分别将不同截面进气边与排气边的端部方向投影到同一截面所在平面上，分别取进气边和排气边两条夹角最大的端部方向的角平分线作为进气边工具阴极和排气边工具阴极的最优进给方向。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、本发明在叶片/整体叶盘的叶盆、叶背型面精加工后，采用专门的进排气边工具阴极，朝着叶片进排气边端部方向进给，对进排气边轮廓进行精确修型。其具体进给方向为投影到同一平面上不同截面叶片轮廓中弧线在进气边或排气边端部切线最大夹角的角平分线。这种进给方式，加工间隙内的电场和流场状态稳定，有助于提升进排气边电解加工精度。
2、在工具阴极进给过程中对阴极施加微幅往复振动，当工具快速接近工件至某特定距离时通电加工；当工具与工件抵达最小间隙后，断电电解液冲刷，给电脉宽的相位为前置于工具与工件最小间隙的脉动态优化耦合模式，可以使工具阴极接近工件产生的压力波和通电加工阴极表面生成气泡产生的压力波相互叠加，使生成的气泡体积大幅减小，有助于改善加工间隙内的电导率的均匀性，提升加工精度。
3、设计的进排气边工具阴极，通过和进/出液导向板的拼装共同构成了能随工具阴极一起运动的封闭流道结构，使电解液沿着叶片厚度的短流程方向流动，可有效排出电解产物，流场均匀性也易于控制。同时，工具阴极采用整体化设计，结构简单，有助于提升定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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是加工装置示意图；
图2是进气边工具阴极结构图；
图3是叶型截面中弧线示意图；
图4是最优进给方向确定示意图；
图中：1、叶片/整体叶盘的毛坯，2、进气边进液导向板，3、进气边绝缘块，4、进气边工具阴极，5、进气边出液导向板，6、排气边进液导向板，7、排气边绝缘块，8、排气边工具阴极，9、排气边出液导向板，10、中弧线，11、叶片轮廓，12、内切圆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高叶片或整体叶盘进排气边电解加工精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-4所示，本实施例提供一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置，该装置包括进气边工具阴极4、进气边进液导向板2、进气边出液导向板5、进气边绝缘块3、排气边工具阴极8、排气边进液导向板6、排气边出液导向板9、排气边绝缘块7。
参考图2，进气边进液导向板2和排气边进液导向板6、进气边出液导向板5和排气边出液导向板9上具有导流凹槽结构，与进气边工具阴极4和排气边工具阴极8安装在一起，可形成内部电解液流道。
参考图1和2，加工时，叶片/整体叶盘的毛坯1与电源正极相连，进气边工具阴极4和排气边工具阴极8和电源负极相连，进气边绝缘块3和排气边绝缘块7分别安装于进气边工具阴极4和排气边工具阴极8加工刃两侧。具有一定压力的电解液从进气边工具阴极4和排气边工具阴极8上侧进液口进入进气边工具阴极4和排气边工具阴极8内部，从进气边进液导向板2和进气边工具阴极4围成的流道以及排气边进液导向板6和排气边工具阴极8围成的流道流向加工区，流经毛坯进气边(或排气边)端部型面，从进气边出液导向板5和进气边工具阴极4以及排气边出液导向板9和排气边工具阴极8围成的流道流出加工区，最后从出液口流出。
进气边工具阴极4和排气边工具阴极8分别向叶片进排气边端部最优进给方向匀速进给，同时沿进给方向作往复微幅振动，当工具快速接近工件至某特定距离时通电加工；当工具与工件抵达最小间隙后，断电电解液冲刷，给电脉宽的相位为前置于工具与工件最小间隙的脉动态优化耦合模式。在进/排气边端部余量被完全去除时完成加工。
参考图3和4，一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置中，工具阴极沿进排气边端部最优进给的方向，首先在叶片和整体叶盘叶型数模上取若干截面，在每个截面中均绘制出叶片轮廓11的中弧线10，分别在中弧线10与进气边、排气边交点处向叶片轮廓11外侧做中弧线切线。取该切线向外延伸方向作为进/排气边的端部方向。其次，分别将不同截面进气边与排气边的端部方向投影到同一截面所在平面上，分别取进/排气边两条夹角最大的端部方向的角平分线作为进气边工具阴极4、排气边工具阴极8最优进给方向。
本发明中的叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置，是在叶片/整体叶盘的叶盆、叶背型面精加工后，采用专门的进气边工具阴极4与排气边工具阴极8沿着叶片/整体叶盘的毛坯1上叶片进排气边端部最优进给方向对进气边和排气边进行精确修型。在加工中，具有一定压力的电解液从进/排气边工具阴极上侧进液口进入进气边工具阴极4和排气边工具阴极8内部，从进/排气边进液导向板和进/排气边工具阴极围成的流道流向加工区，流经毛坯进气边(或排气边)端部型面，从进/排气边出液导向板和进/排气边工具阴极围成的流道流出加工区，最后从出液口流出。进气边工具阴极4和排气边工具阴极8分别向毛坯进气边和排气边匀速进给，同时沿进给方向作往复微幅振动，当工具快速接近工件至某特定距离时通电加工；当工具与工件抵达最小间隙后，断电电解液冲刷，给电脉宽的相位为前置于工具与工件最小间隙的脉动态优化耦合模式，使电解产物在加工间隙中几乎没有积累，可以使加工在远小于常规加工间隙的条件下进行，从而显著提升叶片/整体叶盘进排气边的轮廓精度。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置，其特征在于：包括进气边工具阴极、进气边进液导向板、进气边出液导向板、进气边绝缘块、排气边工具阴极、排气边进液导向板、排气边出液导向板和排气边绝缘块；
具有导流凹槽结构的所述进气边进液导向板和进气边出液导向板均安装在所述进气边工具阴极上，所述进气边进液导向板和进气边出液导向板与进气边工具阴极之间形成内部电解液流道；具有导流凹槽结构的所述排气边进液导向板和排气边出液导向板均安装在所述排气边工具阴极上，所述排气边进液导向板和排气边出液导向板与排气边工具阴极之间形成内部电解液流道；
电解加工时，叶片或整体叶盘的毛坯与电源正极相连，所述进气边工具阴极和排气边工具阴极均与电源负极相连，所述进气边绝缘块和排气边绝缘块分别安装于进气边工具阴极和排气边工具阴极的加工刃两侧；电解液从进气边工具阴极和排气边工具阴极上侧的进液口分别进入进气边工具阴极和排气边工具阴极内部，然后分别从进气边进液导向板和进气边工具阴极围成的流道以及排气边进液导向板和排气边工具阴极围成的流道流向加工区，电解液分别流经叶片或整体叶盘的毛坯进气边和排气边的端部型面，再分别从进气边出液导向板和进气边工具阴极围成的流道以及排气边出液导向板和排气边工具阴极围成的流道流出加工区，最后从出液口流出。
2.根据权利要求1所述的叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置，其特征在于：所述进气边工具阴极和排气边工具阴极分别向叶片进排气边端部的规定进给方向匀速进给，同时沿进给方向作往复振动，当进气边工具阴极和排气边工具阴极靠近叶片至特定距离时通电加工；当进气边工具阴极和排气边工具阴极与叶片之间抵达最小间隙后，断电并进行电解液冲刷；给电脉宽的时间前置于进气边工具阴极和排气边工具阴极与叶片的最小间隙时刻，该进给修型过程的工作模式为脉动态优化耦合模式。
3.根据权利要求2所述的叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置，其特征在于：
所述进气边工具阴极和排气边工具阴极沿叶片进排气边端部的规定进给方向的确定方式为：首先在叶片或整体叶盘叶型数模上取若干截面，在每个截面中均绘制出叶片轮廓的中弧线，分别在中弧线与进气边、排气边交点处向叶片轮廓外侧做中弧线切线，取该中弧线切线向外延伸方向作为进气边和排气边的端部方向；其次，分别将不同截面进气边与排气边的端部方向投影到同一截面所在平面上，分别取进气边和排气边两条夹角最大的端部方向的角平分线作为进气边工具阴极和排气边工具阴极的进给方向。
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