CN113560685A - 跨叶片阴极脉动态套料电解加工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种跨叶片阴极脉动态套料电解加工装置及方法,属于电解加工领域。本装置主要包括组合式跨叶片阴极以及阴极安装夹具两部分。针对具有交替大小叶片的整体构件,设计跨叶片阴极,包含一个大叶片阴极和一个叶片阴极,分别安装在阴极座的两个前端,两个阴极之间跨过一组大小叶片。加工过程中将工件沿轴向朝工具阴极进给,阴极往复振动,加工一对间隔一组叶片的大小叶片,实现双叶片的同时加工;在阴极振动的同时引入脉冲电流,实现脉冲振动优化耦合的脉动态加工。设计间隔的两个独立流道分别为大小叶片供液,可防止两处流场交汇,提高流场均匀性,保证两叶片加工区域内具有充足的电解液。

Description

跨叶片阴极脉动态套料电解加工装置及方法
技术领域
本发明涉及电解加工领域,具体跨叶片阴极脉动态套料电解加工装置及方法。
背景技术
电解加工是基于电化学阳极溶解的原理去除金属工件材料。在电解加工开始前,向待加工区域通入高速流动的电解液;在电解加工过程中,成型工具阴极向着工件阳极进给,工件材料逐渐被溶解,完成加工。电解加工具有工具阴极无损耗、加工效率高、无切削应力且基本不受材料力学性能限制等特点,被应用于航空航天、兵器和模具等行业。
随着航空发动机性能的不断提高,叶片与叶盘融为一体的整体构件不断应用于航空发动机,给制造技术带来新挑战。电解加工凭借其鲜明的优点,已成为叶片式整体构件制造的主要方法之一。为了提高电解加工的效率和稳定性等,相关学者对叶片式整体构件的电解加工方式展开了一系列的研究。
文章“使用氯化钠电解液高速套型小结”中,提出了带有绝缘套的单叶片套料电解加工装置。
专利号ZL201710880612的发明专利中,提出了一种叶片尾缘不溶解的单叶片套料电解加工装置,通过设计阴极后缘绝缘块,避免了叶片尾缘与轮毂外圆共面时,阴极对叶片尾缘的加工,提高了单叶片套型加工的精度。
文章“扩压器套料电解加工流场优化设计及实验研究”中,提出了一种出液转角式流场模型,改善了单叶片套料电解加工时流场的可达性和均匀性。
专利号CN111687505A的发明专利中,提出了一种双叶片套料电解加工装置,设计双流道均流供液流场,同时加工相邻大小叶片,提供了一种对于具有两种轮廓叶片的盘体类零件的快速套型加工思路,提高了叶片套型加工的速度。
上述文章和专利中所涉及的叶片套型加工方式均针对单个叶片以及相邻双叶片的加工,对于具有两种轮廓叶片的盘体类零件,采用相邻双叶片加工方法存在两处流场的干扰问题,影响加工的稳定性。因此急需一种新的套料电解加工装置及流场模型,来满足具有两种轮廓叶片的盘体类零件的加工需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的跨叶片阴极脉动态套料电解加工装置及方法,以解决现有技术对具有两种叶片轮廓的盘体类零部件加工效率低、流场不均的问题,为以后多叶片整体构件套料电解加工提供思路。
一种跨叶片阴极脉动态套料电解加工装置,主要包括组合式跨叶片阴极以及阴极安装夹具两部分;其中组合式跨叶片阴极包括小叶片阴极和大叶片阴极;其中阴极安装夹具由安装板、蓄液管、阴极座、左绝缘套、右绝缘套组成;其中蓄液管的后端固定在安装板上,蓄液管的前端与阴极座的后端相连接;在蓄液管的管壁上设计进液口,并在蓄液管内部设计隔板结构,将两个叶片的对应进液通道分隔开;阴极座的右前端连接小叶片阴极,左前端连接大叶片阴极;右前端的位置对应整体构件上的小叶片,并以此为基准,将左前端的位置间隔一对相邻大小叶片的距离之后对应大叶片;阴极座对应大叶片阴极和小叶片阴极的加工刃区域设计前后贯穿的左腔体和右腔体,左绝缘套、右绝缘套分别安装在对应腔体内,并固定于阴极座上;左、右绝缘套的型腔口分别与大小叶片阴极上端面接触对齐,型腔口轮廓与阴极特征加工刃相贴合;
上述小叶片阴极、大叶片阴极结构相同尺寸不同,均为卯榫组合结构,具体由导电片和绝缘片组成;其中导电片前、后缘部位比中间部位厚,前、后缘部位连接在阴极座上且不参与叶片加工,中间部位参与叶片加工,与阴极座之间以上述绝缘片隔开;导电片前缘端面涂附绝缘层保护工件的内圆上表面,后缘尾部利用绝缘块将阴极非加工区域与工件隔离以保护整体构件盘体的外圆上表面和叶片的尾缘;导电片前、后缘与绝缘片接触部位分别设计前缘凹槽和后缘凹槽,以安装绝缘片;导电片的中间加工叶片部分设计出加工刃侧壁处的沟槽和阴极外侧壁处的沟槽,以安装绝缘片;绝缘片具有与导电片实现卯榫组合的相应结构,即与导电片前、后缘凹槽对应的绝缘片前缘凸起和后缘凸起,以及与导电片加工刃侧壁对应的绝缘片内侧壁筋板,和与导电片外壁沟槽对应的绝缘片外侧壁筋板,与导电片拼合安装;
上述小叶片阴极和大叶片阴极的特征加工刃根据整体构件上大小叶片轮廓设计,同时根据叶片的数量及其间隔的距离,确定阴极侧壁的位置,保证每组一对间隔大小叶片的套型加工。
跨叶片阴极脉动态套料电解加工装置的加工方法,其特征在于包括以下过程:
环形工件卡在工装盘上并固定,待加工部分朝向阴极;
电解液流动方式为由进液口进液,待蓄液管充满液体后,电解液分别流入左、右绝缘套内部,流经大小叶片阴极内壁之后,从阴极前端与工件的缝隙中流经加工区域,最后分别从大小叶片阴极外壁与工件的缝隙中流出,大小叶片进液口不同,流道相互独立;
针对一个大叶片和一个小叶片交替排布的整体构件,通过阴极座固定大小叶片工具阴极的位置,两个阴极之间跨过一组大小叶片;将工件向阴极进给,实现一次加工一对间隔的左大右小叶片的套料电解加工过程;加工后回退工件,转动工件加工下一对间隔的左大右小叶片,重复此步骤即可将工件轴向大小叶片全部加工完成;
加工过程中,将工件的持续进给叠加阴极的往复振动,并在振动过程中同时引入脉冲电流,工件靠近阴极时通电加工,离开阴极时断电冲刷产物,实现脉冲振动优化耦合的脉动态加工。
本发明的优点在于:
(a)该种加工方法通过设计具有两种叶片轮廓加工刃的工具阴极,实现同时对两种叶片的套料电解加工。对于具有两种不同轮廓叶片的盘体类零件加工时,可采用该具有双轮廓加工刃的跨叶片阴极进行套料电解加工,即可加工出全部周向叶片,避免中途更换阴极,可极大提高加工效率,同时为今后具有多种叶片轮廓的盘体类零件加工提供了方法;
(b)将加工的两个叶片流道间隔开,防止两处流场交汇,为具有两种叶片轮廓加工刃的工具阴极提供了稳定的电解液环境。两个供液流道相互独立,即在加工过程中,电解液由两个进液口分别流经左绝缘套、右绝缘套内壁,然后通过阴极内壁流经加工区域;跨流道均流供液流场能在增加一个流道的基础上,实现电解液的均匀供给,保证了跨叶片套料电解加工时流场的均匀性和可达性;
(c)采用脉冲振动优化耦合的脉动态加工,强化了加工过程中电解液的及时更新,促进产物迅速排出,有效缓解了微小间隙内产物的堆积,提高了加工精度和加工过程的稳定性,减少杂散腐蚀现象;
(d)设计组合式工具阴极,将阴极导电部分保留一定厚度,其余部分侧壁采用绝缘材料代替,并设计榫卯式组合结构将两部分拼合安装。这种组合式阴极结构在保证强度的基础上,减少导电部分侧壁高度,可防止加工中叶片和已加工叶片发生杂散腐蚀现象;这种榫卯式组合结构将导电片与绝缘片组合更加紧密,防止加工过程中电解液渗入两者缝隙中影响流场,保证了加工过程的稳定性。
附图说明
图1为整体装配图;
图2为电解液流动方式示意图;
图3为跨叶片加工方式示意图;
图4为组合式阴极结构示意图;
其中:1-安装板,2-蓄液管,3-阴极座,4-小叶片阴极,5-大叶片阴极,6-小叶片绝缘块,7-大叶片绝缘块,8-左绝缘套,9-右绝缘套,10-工装盘,W1-加工后的大小叶片,W2-跨过的大小叶片。
具体实施方法
下面结合工件加工的操作步骤,进一步阐明本发明的工作方法:
(a)启动加热系统,待电解液温度加热到30℃,启动恒温系统;
(b)启动电解液循环系统,从进液口通入电解液;
(c)启动电解电源,给工具阴极和工件阳极通电;
(d)启动数控机床运行程序,将工件沿着轴线方向进给,在电解液环境下,工具阴极通过电解腐蚀作用将阳极工件材料逐渐去除;随着工件的轴向进给,组合式工具阴极上的跨叶片轮廓加工刃可一次套型加工出两个不同轮廓的间隔叶片;
(e)加工完成后断掉电源,停止供液,将工件回退并顺时针转动工件一定角度,进给工件,加工相邻一组间隔叶片;
(f)重复步骤(e),直至工件周向大小叶片全部加工完成;
(g)加工结束,关闭电源,关闭电解液循环系统,关闭恒温系统。

Claims (2)

1.一种跨叶片阴极脉动态套料电解加工装置及方法,主要包括组合式跨叶片阴极以及阴极安装夹具两部分;
其中组合式跨叶片阴极包括小叶片阴极(4)和大叶片阴极(5);
其中阴极安装夹具由安装板(1)、蓄液管(2)、阴极座(3)、左绝缘套(8)、右绝缘套(9)组成;其中蓄液管(2)的后端固定在安装板(1)上,蓄液管(2)的前端与阴极座(3)的后端相连接;在蓄液管(2)的管壁上设计进液口,并在蓄液管(2)内部设计隔板结构,将两个叶片的对应进液通道分隔开;阴极座(3)的右前端连接小叶片阴极(4),右前端的位置对应整体构件上的小叶片,并以此为基准,将左前端的位置间隔一对相邻大小叶片的距离之后对应大叶片,左前端连接大叶片阴极(5);阴极座(3)对应大叶片阴极和小叶片阴极的加工刃区域分别设计前后贯穿的两个腔体,左绝缘套(8)、右绝缘套(9)分别安装在对应腔体内,并固定于阴极座上;左、右绝缘套的型腔口分别与大叶片阴极、小叶片阴极上端面接触对齐,型腔口轮廓与阴极特征加工刃相贴合;
上述小叶片阴极(4)、大叶片阴极(5)结构相同尺寸不同,均为卯榫组合结构,具体由导电片(a)和绝缘片(b)组成;
其中导电片(a)前、后缘部位比中间部位厚,前、后缘部位连接在阴极座(3)上且不参与叶片加工,中间部位参与叶片加工,与阴极座之间以上述绝缘片(b)隔开;导电片前缘靠近工件的端面涂附绝缘层保护工件表面,后缘尾部利用绝缘块(6)将阴极非加工区域与工件隔离以保护整体构件盘体表面和叶片的尾缘;导电片前、后缘与绝缘片(b)接触部位分别设计前缘凹槽(a-1)和后缘凹槽(a-4),以安装绝缘片(b);导电片(a)的中间加工叶片部分设计出加工刃侧壁处的沟槽(a-2)和阴极外侧壁处的沟槽(a-3),以安装绝缘片(b);
绝缘片(b)具有与导电片(a)实现卯榫组合的相应结构,即与导电片前、后缘凹槽对应的绝缘片前缘凸起(b-1)和后缘凸起(b-4),以及与导电片加工刃侧壁对应的绝缘片内侧壁筋板(b-2),和与导电片外壁沟槽对应的绝缘片外侧壁筋板(b-3),与导电片拼合安装;
上述小叶片阴极(4)和大叶片阴极(5)的特征加工刃根据整体构件上大小叶片轮廓设计,同时根据叶片的数量及其间隔的距离,确定阴极侧壁的位置,保证每组一对间隔的左大右小叶片的套型加工。
2.根据权利要求1所述的跨叶片阴极脉动态套料电解加工装置的加工方法,其特征在于包括以下过程:
环形工件卡在工装盘(10)上并固定,待加工部分朝向阴极;
电解液流动方式为由进液口进液,待蓄液管(2)充满液体后,电解液分别流入左、右绝缘套内部,流经大小叶片阴极内壁之后,从阴极前端与工件的缝隙中流经加工区域,最后分别从大小叶片阴极外壁与工件的缝隙中流出,大小叶片进液口不同,流道相互独立;
针对一个大叶片和一个小叶片交替排布的整体构件,通过阴极座(3)固定大小叶片工具阴极的位置,两个阴极之间跨过一组大小叶片;将工件向阴极进给,实现一次加工一对间隔的左大右小叶片的套料电解加工过程;加工后回退工件,转动工件加工下一对间隔的左大右小叶片,重复此步骤即可将工件轴向大小叶片全部加工完成;
加工过程中,将工件的持续进给叠加阴极的往复振动,并在振动过程中同时引入脉冲电流,工件靠近阴极时通电加工,离开阴极时断电冲刷产物,实现脉冲振动优化耦合的脉动态加工。
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