CN113333882A - 一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供的一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，该设备包括用于为闭式结构叶片进行电解加工的电解加工装置和用于装配所述电解加工装置的装配装置；其中，所述电解加工装置包括：设置有叶背侧副通道的叶背阴极、设置有叶盆侧副通道的叶盆阴极，与所述叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道同方向的主通道，所述叶背阴极和所述叶盆阴极结构对称。本发明采用在叶背阴极设置叶背侧副通道、在叶盆阴极设置叶盆侧副通道，两侧供液与主通道回合后，对主通道的流场前段起到一定背压作用，消除进液口的激波引起的涡流与空穴现象，进一步t通过副液的压力调节作用，有效提高进液段的流动状态稳定性。

Description

一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备
技术领域
本发明涉及闭式结构叶片电解加工技术领域，具体涉及一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备。
背景技术
在军民用涡扇航空发电机的风扇及压气机设计中，大量采用了整体叶盘、闭式整流器件等构件。这类构件的材料多为高温合金、钛合金等，切削性能很差；叶栅密集、叶片弯扭轻薄，流道倾斜；叶片型面轮廓精度和位置精度要求高，这些特点使得传统的机械加工变得非常困难，表现在加工变形严重且变形量不易控制，刀具磨损严重，导致加工效率极低、成本高，表面质量差。
电解加工是利用电化学阳极溶解原理，对金属实现去除加工的一种特种工艺方法。具有加工效率高、工具电极不消耗、加工无应力、表面完整性好等特点，适用于各种难切削金属材料(钛合金、高温耐热合金等)的加工，特别适合高效去除大量材料的零部件批生产加工及各种三维复杂形状的加工。
电解加工时工具电极为阴极，工件为阳极。电解加工阴极一般采用金属材料作，阴极工作面形状与工件阳极要求形状凹凸相反，如加工凹槽、孔时工具阴极端部是凸筋、柱状结构，加工凸台时工具阴极端部形状是凹腔结构。电解加工时工件阳极和工具阴极间保持一定的间隙，极间施加直流或脉冲电压，电解液一般采用中性的盐溶液，在极间形成电化学反应池，同时高速冲刷，不断带走电解加工产物及热量，并去极化。工件阳极按工具阴极的形状不断溶解，直到工件的形状和尺寸达到要求为止。
电解加工可以对整体叶盘、闭式整流器的叶型进行高效率、高精度加工。目前采用双面(叶盆、叶背)加工阴极相向同步运动的方式，可以同时加工一个叶型的叶盆、叶背型面，加工无应力，
对叶片无机械冲击，有效解决了机械加工的变形控制难题。但由于叶型进、排气边缘曲率半径小，边缘厚度尺寸小，呈超薄形态。往往难以找到电解加工所需要的理想投影进给角度，局部曲率的差异会造成阴极面θ角的过大而处于“侧向加工”状态，因此，叶型的边缘轮廓度在实际加工中超差率很高，成为加工瓶颈问题。
发明内容
为了改善流场的稳定性，充分提高加工状态的稳定性，也为叶型电解加工精度提供工艺条件的保证，本发明实施例提供一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备。其具体技术方案如下：
本发明实施例提供的一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，包括：
用于为闭式结构叶片进行电解加工的电解加工装置和用于装配所述电解加工装置的装配装置；其中，所述电解加工装置包括：设置有叶背侧副通道的叶背阴极、设置有叶盆侧副通道的叶盆阴极，与所述叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道同方向的主通道，所述叶背阴极和所述叶盆阴极结构对称。
进一步的，所述电解加工装置还包括电解液输送装置，叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道、所述主通道的电解液入口处均设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述电解液输送装置相连。
进一步的，所述电解加工装置还包括引导背压调节装置，所述引导背压调节装置包括调节开关和第二压力传感器，所述第二压力传感器通过采集的出口处压力信息对所述调节开关的开度进行调节。
进一步的，所述装配装置包括依次相连的机床主轴、压环、叶背阴极安装座、装夹盘、闭式整流器、水套组件、底座和叶盆阴极安装座；所述机床主轴包括：Z轴、Y轴、C轴；所述叶盆阴极安装座、叶背阴极安装座分别安装在机床X1轴、X2轴上，将叶盆阴极、叶背阴极分别安装在叶盆阴极安装座、叶背阴极安装座上。
进一步的，所述水套组件包括：水套、水套进液口、水套出液口、上挡水块、下挡水块；所述水套5安装在底座上，使水套5的出液口在水平、垂直两个方向上对准叶盆阴极、叶背阴极、上挡水块、下挡水块之间的区域，并使其面紧密接触。
本发明的第二方面提供一种闭式结构叶片电解加工装置，包括：设置有叶背侧副通道的叶背阴极、设置有叶盆侧副通道的叶盆阴极，与所述叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道同方向的主通道，所述叶背阴极和所述叶盆阴极结构对称。
进一步的，所述电解加工装置还包括电解液输送装置，叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道、所述主通道的电解液入口处均设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述电解液输送装置相连。
进一步的，还包括引导背压调节装置，所述引导背压调节装置包括调节开关和第二压力传感器，所述第二压力传感器通过采集的出口处压力信息对所述调节开关的开度进行调节。
本发明实施例提供的一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，该设备包括用于为闭式结构叶片进行电解加工的电解加工装置和用于装配所述电解加工装置的装配装置；其中，所述电解加工装置包括：设置有叶背侧副通道的叶背阴极、设置有叶盆侧副通道的叶盆阴极，与所述叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道同方向的主通道，所述叶背阴极和所述叶盆阴极结构对称。本发明采用在叶背阴极设置叶背侧副通道、在叶盆阴极设置叶盆侧副通道，两侧供液与主通道回合后，对主通道的流场前段起到一定背压作用，消除进液口的激波引起的涡流与空穴现象，进一步t通过副液的压力调节作用，有效提高进液段的流动状态稳定性。
进一步的，出液口设置引导背压调节装置，控制出液边缘处的散流，出液口处设计引导，并增加可调的背压装置。一是通过背压调节，减小出液口附近沿叶盆、叶背流场的流速差，起到均化流场的作用，二是通过引导，避免了出液口电解液的自由飞散，改善加工环境并减少杂散腐蚀。
附图说明
图1是本发明电解加工装置的进液口边缘流场模式结构示意图；
图2是电解加工装置的出液口边缘流场模式结构示意图；
图3是本发明闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备的俯视图；
图4是本发明闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备的俯视图；
图中：1：装夹盘；2：压环；3：底座；4：水套进液口；5：水套；6：叶盆阴极安装座；7：叶背阴极安装座；8：叶盆阴极；9：叶背阴极；10：上挡水块；11：下挡水块；12：水套出液口；13：闭式整流器；14：压力传感器；15：调节开关；16：压力传感器；17：叶盆侧副通道；18：主通道；19：叶背侧副通道；20：压力传感器；21：压力传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行说明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1-图4，本发明的一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，包括：用于为闭式结构叶片进行电解加工的电解加工装置和用于装配所述电解加工装置的装配装置；其中，所述电解加工装置包括：设置有叶背侧副通道的叶背阴极、设置有叶盆侧副通道的叶盆阴极，与所述叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道同方向的主通道，所述叶背阴极和所述叶盆阴极结构对称。
参见图1-图2，图1是本发明电解加工装置的进液口边缘流场模式结构示意图，图2是电解加工装置的出液口边缘流场模式结构示意图。上述叶背阴极9设置有叶背侧副通道19、叶盆阴极8设置有叶盆侧副通道17，叶背阴极9和叶盆阴极8的结构对称，组合后中间部位形成放置叶片的空间，主通道18、叶盆侧副通道17、叶背侧副通道19三者液体流向相同。加工过程中，电解液主要通过主通道18进入加工区(整流器叶片与叶盆/叶背阴极之间)，通过叶盆侧副通道17、叶背侧副通道19进行旁路供液。
上述电解加工装置还包括电解液输送装置，叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道、所述主通道的电解液入口处均设置有第一压力传感器，分别为设置在叶背侧副通道的压力传感器20、主通道18处的压力传感器21、叶盆侧副通道的压力传感器17，叶背侧副通道的压力传感器20、主通道18处的压力传感器21、叶盆侧副通道的压力传感器17均与所述电解液输送装置相连。上述电解加工装置还包括引导背压调节装置，所述引导背压调节装置包括引导装置、背压调节开关和第二压力传感器14，所述第二压力传感器通过采集的出口处压力信息对所述调节开关的开度进行调节。加工过程中，电解液主要通过主通道18进入加工区(整流器叶片与叶盆/叶背阴极之间)，通过叶盆侧副通道17、叶背侧副通道19进行旁路供液，并通过压力传感器16、20、21进行压力监测，将其检测值反馈至主通道18、叶盆侧副通道17、叶背侧副通道19对应的电解液输送系统，以便对电解液的供给量进行调控；在电解液出口处通过压力传感器14对调节开关15的开度进行调节，以获得均匀、稳定状态的加工流场。
参见图3-图4，图3是本发明闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备的俯视图，图4是本发明闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备的俯视图。上述装配装置包括依次相连的机床主轴、压环2、叶背阴极安装座7、装夹盘1、闭式整流器13、水套组件、底座3和叶盆阴极安装座6；所述机床主轴包括：Z轴、Y轴、C轴；所述叶盆阴极安装座6、叶背阴极安装座7分别安装在机床X1轴、X2轴上，将叶盆阴极8、叶背阴极9分别安装在叶盆阴极安装座6、叶背阴极安装座7上。水套组件包括：水套5、水套进液口4、水套出液口12、上挡水块10、下挡水块11；所述水套5安装在底座3上，使水套5的出液口12在水平、垂直两个方向上对准叶盆阴极8、叶背阴极9、上挡水块10、下挡水块11之间的区域，并使其面紧密接触。
本发明利用压环2将装夹盘1固定在机床主轴Z上，闭式整流器13安装在装夹盘1上，将叶盆阴极安装座6、叶背阴极安装座7分别安装在机床X1轴、X2轴上，将叶盆阴极8、叶背阴极9分别安装在叶盆阴极安装座6、叶背阴极安装座7上，将水套5安装在底座3上，使水套5的出液口12在水平、垂直两个方向上对准叶盆阴极8、叶背阴极9、上挡水块10、下挡水块11之间的区域，并使其面紧密接触。通过X1、X2、C、Y轴的联动，使叶盆阴极8、叶背阴极9进入已经完成叶栅开槽的整流器叶栅通道，通过对刀，确定叶盆阴极8、叶背阴极9与整流器工件间的加工间隙，整流器和成形阴极分别与电源正极、负极连接，极间通以一定的加工电压，电解液采取侧流式，通过叶背侧副通道、叶盆侧副通道、主通道以一定的压力从加工间隙中通过，实现高速冲刷，阴极沿X1、X2向相向进给运动，开始进行整流器叶型的精密电解加工。当完成一个整流器叶型的加工后，叶盆阴极8、叶背阴极9退出，机床主轴B分度，确定下一个加工位置后，叶盆阴极8、叶背阴极9进入叶栅通道进行下一个叶型加工，直至完成所有叶型的精密电解加工。
本发明电解液NaNO3电解液是一种加工效率高、成本较低的一种非线性电解液。切断间隙较小，可以实现较小间隙的去除。经试验，选用10％-20％的NaNO3电解液。电解液压力：电解液压力过高会引起局部冲刷过大，造成加工壁厚的不均匀。过低则不满足建立电解加工的冲刷条件。经试验，确定电解液压范围控制在0.2MPa-0.8MPa。电解液温度：电解液温度需在加工过程中保持稳定，利于批量加工时加工状态的一致。根据试验，确定电解液温度范围25℃-40℃。加工间隙：加工间隙应适当加大，弱化集中蚀除效应，使得去除趋向均匀。但必须控制在阳极溶解切断间隙之内，经试验确定加工初始间隙为0.1mm-0.3mm。加工电压：较高的电压有助于提高加工效率。经试验确定不锈钢、典型高温合金材料的加工电压设定在18V-24V。脉宽t＝0.1ms-0.3ms，脉冲占空比5％-60％。电极进给速度：经试验确定电极进给速度为0.05mm/min-0.3mm/min。
本发明实施例提供的一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，该设备包括用于为闭式结构叶片进行电解加工的电解加工装置和用于装配所述电解加工装置的装配装置；其中，所述电解加工装置包括：设置有叶背侧副通道的叶背阴极、设置有叶盆侧副通道的叶盆阴极，与所述叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道同方向的主通道，所述叶背阴极和所述叶盆阴极结构对称。本发明采用在叶背阴极设置叶背侧副通道、在叶盆阴极设置叶盆侧副通道，两侧供液与主通道回合后，对主通道的流场前段起到一定背压作用，消除进液口的激波引起的涡流与空穴现象，进一步t通过副液的压力调节作用，有效提高进液段的流动状态稳定性。进一步的，出液口设置引导背压调节装置，控制出液边缘处的散流，出液口处设计引导，并增加可调的背压装置。一是通过背压调节，减小出液口附近沿叶盆、叶背流场的流速差，起到均化流场的作用，二是通过引导，避免了出液口电解液的自由飞散，改善加工环境并减少杂散腐蚀。
本发明的第二方面提供一种闭式结构叶片电解加工装置，包括：设置有叶背侧副通道的叶背阴极、设置有叶盆侧副通道的叶盆阴极，与所述叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道同方向的主通道，所述叶背阴极和所述叶盆阴极结构对称。
进一步的，所述电解加工装置还包括电解液输送装置，叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道、所述主通道的电解液入口处均设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述电解液输送装置相连。
进一步的，还包括引导背压调节装置，所述引导背压调节装置包括调节开关和第二压力传感器，所述第二压力传感器通过采集的出口处压力信息对所述调节开关的开度进行调节。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，其特征在于，包括：
用于为闭式结构叶片进行电解加工的电解加工装置和用于装配所述电解加工装置的装配装置；其中，所述电解加工装置包括：设置有叶背侧副通道的叶背阴极、设置有叶盆侧副通道的叶盆阴极，与所述叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道同方向的主通道，所述叶背阴极和所述叶盆阴极结构对称。
2.根据权利要求1所述的闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，其特征在于，所述电解加工装置还包括电解液输送装置，叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道、所述主通道的电解液入口处均设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述电解液输送装置相连。
3.根据权利要求2所述的闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，其特征在于，所述电解加工装置还包括引导背压调节装置，所述引导背压调节装置包括引导装置、背压调节开关和第二压力传感器，所述第二压力传感器通过采集的出口处压力信息对所述调节开关的开度进行调节。
4.根据权利要求1所述的闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，其特征在于，所述装配装置包括依次相连的机床主轴、压环、叶背阴极安装座、装夹盘、闭式整流器、水套组件、底座和叶盆阴极安装座；所述机床主轴包括：Z轴、Y轴、C轴；所述叶盆阴极安装座、叶背阴极安装座分别安装在机床X1轴、X2轴上，将叶盆阴极、叶背阴极分别安装在叶盆阴极安装座、叶背阴极安装座上。
5.根据权利要求4所述的闭式结构叶片电解加工流场精确调控设备，其特征在于，所述水套组件包括：水套、水套进液口、水套出液口、上挡水块、下挡水块；所述水套安装在底座上，使水套的出液口在水平、垂直两个方向上对准叶盆阴极、叶背阴极、上挡水块、下挡水块之间的区域，并使其面紧密接触。
6.一种闭式结构叶片电解加工装置，其特征在于，包括：设置有叶背侧副通道的叶背阴极、设置有叶盆侧副通道的叶盆阴极，与所述叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道同方向的主通道，所述叶背阴极和所述叶盆阴极结构对称。
7.根据权利要求6所述的闭式结构叶片电解加工装置，其特征在于，所述电解加工装置还包括电解液输送装置，叶背侧副通道、所述叶盆侧副通道、所述主通道的电解液入口处均设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述电解液输送装置相连。
8.根据权利要求7所述的闭式结构叶片电解加工装置，其特征在于，还包括引导背压调节装置，所述引导背压调节装置包括调节开关和第二压力传感器，所述第二压力传感器通过采集的出口处压力信息对所述调节开关的开度进行调节。
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