CN114603223B - 一种整体叶盘多通道电解加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种整体叶盘多通道电解加工装置及其加工方法，涉及整体叶盘电解加工技术领域，包括用于容纳电解液的电解液槽、叶盘工件、管电极和顶部盖板，顶部盖板位于叶盘工件上方，其下表面与叶盘工件表面间形成用于管电极对叶盘工件进行电解的电解腔，电解腔与电解液槽连通，顶部盖板上表面设置有沿叶盘工件轴向连通电解腔与电解液槽的排液缝；本发明中叶盘工件整体置于电解液槽的电解液中，使得电解液槽中的电解液能够对缺液区进行及时补充，从而降低了缺液区形成的可能性，使得电解过程能够正常进行；并且本发明在电解腔顶部设置排液缝，能够促进液槽中电解液对缺液区的补液效果，进一步防止缺液区的出现。

Description

一种整体叶盘多通道电解加工装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及整体叶盘电解加工技术领域，特别是涉及一种整体叶盘多通道电解加工装置及其加工方法。

背景技术

整体叶盘是航空发动机的核心零部件，其叶片型面扭曲复杂、通道狭窄，加工精度要求高，且通常采用高温合金、钛合金或钛铝金属间化合物等难加工材料，所以其制造技术一直以来都是制造领域的重大难题之一。

电解加工是利用电化学阳极溶解原理对金属材料实现减材加工的一种特种工艺方法，具有加工效率高、工具无损耗、加工无应力、可加工材料范围广等特点，凭借这些突出的特点，电解加工在整体叶盘制造领域显示了突出的原理优势，已经成为航空发动机整体叶盘主流加工工艺之一。

叶栅通道预加工是进行叶盘电解加工必不可少的阶段，也是实现叶盘型面精加工的基础。在此阶段绝大部分材料被去除，其加工精度会直接影响后续的型面精加工。管电极电解加工是叶栅通道预加工的有效方法之一，通常是采用一端封闭的中空圆管电极按照设定的运动轨迹相对于叶盘毛坯运动，电解液从管电极侧壁出液缝喷射至加工间隙内，可以实现扭曲叶栅轮廓的成型，该方法既发挥了电解加工突出的原理优势，同时吸收了数控技术可编程、柔性好的特点，适用于各种形状整体叶盘叶栅通道的加工。

由于管电极电解加工独特的加工方式，通过设计专用的同步进给运动装置，实现多个管电极同时进给，并沿着相同的运动轨迹运动，最终一次性加工出多个叶栅通道，这将对提高整体叶盘的加工效率具有重大意义。在专利“整体叶轮多通道电解加工装置”中通过“曲柄摇块机构”实现了多个管电极同时偏摆；在专利“基于电压调节的锥形轮毂整体叶盘多叶栅电解装置及方法”设计了基于齿轮传动的管电极同步偏心旋转摆动机构，这些专利均提供了多电极同步进给装置的设计方案。然而，对于多管电极加工来说，管电极数量的增加，无疑会加大电解液流场的设计难度，且上述专利在加工过程中，管电极进行三维空间运动，在管电极中电解液前冲现象的影响下，管电极端部附近的电解液多，靠近叶盘工件外缘的区域内电解液少，导致叶盘工件外缘局部存在缺液区，影响电解过程的正常进行。

因此，在多管电极电解加工中，设计多电极同步进给运动装置的同时，减小缺液区，简化稳流封液工装也是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种整体叶盘多通道电解加工装置及其加工方法，以解决现有技术存在的问题，使得电解液槽中的电解液能够对缺液区进行及时补充，从而降低了缺液区形成的可能性，使得电解过程能够正常进行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种整体叶盘多通道电解加工装置，包括用于容纳电解液的电解液槽、连接电源正极的叶盘工件、连接电源负极的管电极和顶部盖板，所述叶盘工件、所述管电极、所述顶部盖板均位于所述电解液槽中，所述顶部盖板位于所述叶盘工件上方，其下表面与所述叶盘工件表面间形成用于所述管电极对所述叶盘工件进行电解的电解腔，在所述叶盘工件径向方向上，所述电解腔与所述电解液槽连通，所述顶部盖板上表面设置有沿叶盘工件轴向连通所述电解腔与所述电解液槽的排液缝，所述管电极管壁上具有出液口，且所述管电极相对于所述叶盘工件能够沿成品叶盘叶片型面运动。

优选的，所述电解加工装置还包括工作台，所述工作台上设置有第一升降机构，所述第一升降机构的升降端固定设置有第一旋转机构，所述第一旋转机构的转轴底端固定所述叶盘工件。

优选的，所述叶盘工件通过夹具底座固定在所述第一旋转机构的转轴上，所述夹具底座位于所述叶盘工件的底部，并且所述夹具底座的上表面沿径向设置有用于容纳所述管电极的容纳槽。

优选的，所述工作台上还设置有第二升降机构，所述第二升降机构的升降端固定在所述顶部盖板上。

优选的，所述电解液槽外部套设有外圈转环，所述外圈转环连接有带动其转动的第二旋转机构，所述外圈转环与所述电解液槽上分别可转动地设置有第一电极支架与第二电极支架，出液管可沿管轴向滑动地穿设在所述第一电极支架中，所述管电极设置在所述第二电极支架上，并与所述出液管连通。

优选的，所述外圈转环的外壁上设置有轮齿，所述第二旋转机构包括与所述轮齿啮合的齿轮及固定在所述工作台上并与所述齿轮传动连接的伺服电机。

优选的，所述第一电极支架与所述第二电极支架均为绝缘结构。

优选的，所述管电极沿所述电解液槽的圆周方向设置有若干个，若干所述出液管均通过电解液分流装置与用于存储电解液的储液槽连通。

优选的，所述电解液槽底部设置有排液管，同时内部还设置有溢流管，所述排液管与所述溢流管均与所述储液槽连通。

本发明还提供一种整体叶盘多通道电解加工方法，包括以下步骤：

1)将叶盘工件和夹具底座安装在第一旋转机构上；

2)伺服电机转动，通过齿轮带动外圈转环转动，使管电极位于叶盘工件与电解液槽侧壁之间的间隙内；

3)第一升降机构带动叶盘工件下降，叶盘工件上表面下降至管电极下方时，第一升降机构停止下降，伺服电机反转，使管电极位于叶盘工件的上方；

4)第一升降机构带动叶盘工件上升，使叶盘工件与管电极接触后停止，然后第一升降机构带动叶盘工件下降设定距离；

5)第二升降机构带动顶部盖板下降，使顶部盖板底部与叶盘工件顶部接触，同时管电极对应位于条形凹槽中；

6)开启电解液分流装置与储液槽之间的进液阀，开始进液；

7)进液完成后，叶盘工件与出液管分别接通电源正负极，第一升降机构带动叶盘工件上升的同时，第一旋转机构带动叶盘工件转动，第二旋转机构带动外圈转环转动，直至完成一组叶栅通道；

8)反转第一升降机构、第一旋转机构和第二旋转机构，使出液管重回叶盘工件上方，然后转动叶盘工件，重复上述步骤，完成所有叶栅通道。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明中叶盘工件整体置于电解液槽的电解液中，使得电解液槽中的电解液能够对缺液区进行及时补充，从而降低了缺液区形成的可能性，使得电解过程能够正常进行；

2、本发明在电解腔顶部设置排液缝，能够促进液槽中电解液对缺液区的补液效果，进一步防止缺液区的出现；

3、本发明中通过外圈转环的转动，能够带动若干管电极同时偏摆，从而一次电解加工能够完成多个叶栅通道，加工效率更高。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中电解加工装置的整体结构示意图；

图2为电解加工装置的部分结构示意图；

图3为叶盘工件置于电解液槽中的结构示意图；

图4为电解加工开始前的状态示意图；

图5为电解加工过程中的状态示意图；

图6为电解液循环系统示意图；

其中，1、电解液槽；2、叶盘工件；3、管电极；4、顶部盖板；5、电解腔；6、排液缝；7、第一升降机构；8、第一旋转机构；9、夹具底座；10、第二升降机构；11、外圈转环；121、齿轮；122、伺服电机；13、第一电极支架；14、第二电极支架；15、储液槽；16、排液管；17、溢流管；18、电解液分流装置；19、进液阀；20、排液阀；21、电源；22、工作台；23、轮齿；24、出液管。

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整体叶盘多通道电解加工装置及其加工方法，以解决现有技术存在的问题，使得电解液槽中的电解液能够对缺液区进行及时补充，从而降低了缺液区形成的可能性，使得电解过程能够正常进行。

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。

实施例1：

如图1～图6所示，本实施例公开一种整体叶盘多通道电解加工装置，包括用于容纳电解液的电解液槽1、连接电源21正极的叶盘工件2、连接电源21负极的管电极3和顶部盖板4，叶盘工件2、管电极3、顶部盖板4均位于电解液槽1中，顶部盖板4位于叶盘工件2上方，其下表面与叶盘工件2表面间形成用于管电极3对叶盘工件2进行电解的电解腔5，在叶盘工件2径向方向上，电解腔5与电解液槽1连通，顶部盖板4上表面设置有沿叶盘工件2轴向连通电解腔5与电解液槽1的排液缝6，管电极3管壁上具有出液口，且管电极3相对于叶盘工件2能够沿成品叶盘叶片型面运动。

电解加工过程中，顶部盖板4压在叶盘工件2顶部，电解液槽1中电解液完全浸没叶盘工件2及顶部盖板4，管电极3位于电解腔5中，电解腔5通常由顶部盖板4底部设置的条形凹槽与叶盘工件2上表面围成，条形凹槽端部具有开口，使得电解腔5能够与电解液槽1进行连通，优选，顶部盖板4与叶盘工件2直径相同，电解腔5的长度不小于电解腔5的加工区域长度，通过设置电解腔5使得电解过程中始终存在一定背压，保证电解效果；进行电解时，管电极3向下喷射电解液，将阳极的叶盘工件2逐渐进行电解，由于管电极3水平设置在电解腔5中，出液口是向下开设的，导致电解液在喷出时会受到前冲现象的影响，导致电解腔5的内端(管电极3的端部)电解液较多，电解腔5的外端(叶盘工件2外缘)电解液较少，电解腔5的外端形成缺液区；但是本实施例中叶盘工件2整体置于电解液槽1的电解液中，使得电解液槽1中的电解液能够对缺液区进行及时补充，从而降低了缺液区形成的可能性，使得电解过程能够正常进行。同时，管电极3在向下喷射电解液时，在压力的作用下，电解液会向上反冲，而这部分的电解液将从顶部的排液缝6流出，顶部出液的方式能够降低电解腔5侧面出液，若电解液都从侧面(即条形凹槽的槽口)流出，会导致缺液区并不能得到外部电解液的良好补充，因此，本实施例在电解腔5顶部设置排液缝6，能够促进液槽中电解液对缺液区的补液效果，进一步防止缺液区的出现。

本实施例中电解加工装置还包括工作台22，电解液槽1固定在工作台22上，工作台22上设置有第一升降机构7，第一升降机构7的升降端固定设置有第一旋转机构8，第一旋转机构8的转轴底端通过夹具底座9固定叶盘工件2，利用第一升降机构7、第一旋转机构8带动叶盘工件2在电解的过程中进行升降和旋转；为了避免管电极3完成一次电解位于叶盘工件2底端时与夹具底座9发生干涉，夹具底座9的上表面设置有用于容纳管电极3的容纳槽，从而便于管电极3脱离叶盘工件2。

本实施例中工作台22上还设置有第二升降机构10，第二升降机构10的升降端固定在顶部盖板4上，通过第二升降机构10带动顶部盖板4上下移动，使得管电极3位于叶盘工件2顶部之后，再下降顶部盖板4，使其压在叶盘工件2的顶部。

具体的，本实施例中第一升降机构7可以采用丝杠，第二升降机构10可以采用伸缩油缸，在伸缩油缸活塞杆的端部固定顶部盖板4；第一旋转机构8可以采用现有的回转装置，对此，本实施例不作具体限定；同时本领域技术人员应当理解，本实施例中工作台22上还设置有用于固定第一升降机构7、第二升降机构10、第一旋转机构8的辅助设备，例如固定支架。

本实施例中电解液槽1外部套设有外圈转环11，外圈转环11连接有带动其转动的第二旋转机构，外圈转环11与电解液槽1上分别可转动地设置有第一电极支架13与第二电极支架14，出液管24可沿管轴向滑动地穿设在第一电极支架13中，管电极3设置在第二电极支架14上，并与出液管24连通，第二电极支架14可为空心结构，与管电极3连通设置，同时出液管24的端部与第二电极支架14连通，且出液管24至少与第一电极支架13、第二电极支架14相配合的部分为刚性结构，保证出液管24、第一电极支架13、第二电极支架14能够同时转动，带动管电极3进行偏摆；进而通过第二旋转机构可以带动外圈转环11进行转动，外圈转环11在转动过程中，使得管电极3能够进行偏摆，既能够在加工初期便于第一升降机构7将叶盘工件2及夹具底座9下放入电解液槽1中，也能够在电解过程中进行偏摆，在叶盘工件2旋转、上升的同时，沿成品叶盘工件2的叶片型面进行相对移动；而叶盘工件2的旋转、上升，管电极3的偏摆均需要通过控制系统进行控制，控制系统是本领域技术人员所能够得到的。

为了带动外圈转环11进行转动，本实施例中外圈转环11的外壁上设置有轮齿23，第二旋转机构包括与轮齿23啮合的齿轮121及固定在工作台22上并与齿轮121传动连接的伺服电机122；由于在电解过程中，加工一个叶片型面不需要叶盘工件2、管电极3旋转太大的角度，因此，本实施例中外圈转环11上可以在外缘上一定角度范围内设置轮齿23，而不需要设置整圈轮齿23。

同时，本实施例中管电极3沿电解液槽1的圆周方向设置有若干个，相应的，电解腔5、第一电极支架13、第二电极支架14也设置有若干个，且第一电极支架13与第二电极支架14均为绝缘结构，通过外圈转环11的转动，能够带动若干管电极3同时偏摆，从而一次电解加工能够完成多个叶栅通道，加工效率更高。

进一步的，本实施例中若干管电极3均通过电解液分流装置18与用于存储电解液的储液槽15连通，电解液分流装置18与储液槽15之间具有进液阀19；并且电解液槽1底部设置有排液管16，同时内部还设置有溢流管17，溢流管17用于防止电解液自电解液槽1中溢出，排液管16与溢流管17均与储液槽15连通，排液管16与储液槽15之间设置有排液阀20。

实施例2：

本实施例提供一种整体叶盘多通道电解加工方法，包括以下步骤：

1)将叶盘工件2和夹具底座9安装在第一旋转机构8上；

2)伺服电机122转动，通过齿轮121带动外圈转环11转动，使管电极3位于叶盘工件2与电解液槽1侧壁之间的间隙内，避让出叶盘工件2的下降路径；

3)第一升降机构7带动叶盘工件2下降，叶盘工件2上表面下降至管电极3下方时，第一升降机构7停止下降，伺服电机122反转，使管电极3位于叶盘工件2的上方；

4)第一升降机构7带动叶盘工件2上升，使叶盘工件2与管电极3接触后停止，然后第一升降机构7带动叶盘工件2下降设定距离，使得管电极3与叶盘工件2之间具有一定的初始距离，通常初始距离为0.5mm～1mm；

5)第二升降机构10带动顶部盖板4下降，使顶部盖板4底部与叶盘工件2顶部接触，同时管电极3对应位于条形凹槽中；

6)开启电解液分流装置18与储液槽15之间的进液阀19，开始进液，使电解液浸没叶盘工件2和顶部盖板4；

7)进液完成后，叶盘工件2与出液管24分别接通电源21正负极，第一升降机构7带动叶盘工件2上升的同时，第一旋转机构8带动叶盘工件2转动，第二旋转机构带动外圈转环11转动，直至完成一组叶栅通道；

8)反转第一升降机构7、第一旋转机构8和第二旋转机构，使出液管24重回叶盘工件2上方，然后转动叶盘工件2，重复上述步骤，完成所有叶栅通道。

9)当叶栅通道加工完毕后，打开排液阀20，电解液槽1的电解液从排液管16流回至储液槽15中。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

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。

Claims (10)

1.一种整体叶盘多通道电解加工装置，其特征在于，包括用于容纳电解液的电解液槽、连接电源正极的叶盘工件、连接电源负极的管电极和顶部盖板，所述叶盘工件、所述管电极、所述顶部盖板均位于所述电解液槽中，所述顶部盖板位于所述叶盘工件上方，所述顶部盖板的底部设置有条形凹槽，所述条形凹槽与所述叶盘工件表面间形成用于所述管电极对所述叶盘工件进行电解的电解腔，在所述叶盘工件径向方向上，所述电解腔与所述电解液槽连通，所述顶部盖板上表面设置有沿叶盘工件轴向连通所述电解腔与所述电解液槽的排液缝，所述管电极管壁上具有出液口，且所述管电极相对于所述叶盘工件能够沿成品叶盘叶片型面运动。

2.根据权利要求1所述的整体叶盘多通道电解加工装置，其特征在于，所述电解加工装置还包括工作台，所述工作台上设置有第一升降机构，所述第一升降机构的升降端固定设置有第一旋转机构，所述第一旋转机构的转轴底端固定所述叶盘工件。

3.根据权利要求2所述的整体叶盘多通道电解加工装置，其特征在于，所述叶盘工件通过夹具底座固定在所述第一旋转机构的转轴上，所述夹具底座位于所述叶盘工件的底部，并且所述夹具底座的上表面沿径向设置有用于容纳所述管电极的容纳槽。

4.根据权利要求3所述的整体叶盘多通道电解加工装置，其特征在于，所述工作台上还设置有第二升降机构，所述第二升降机构的升降端固定在所述顶部盖板上。

5.根据权利要求4所述的整体叶盘多通道电解加工装置，其特征在于，所述电解液槽外部套设有外圈转环，所述外圈转环连接有带动其转动的第二旋转机构，所述外圈转环与所述电解液槽上分别可转动地设置有第一电极支架与第二电极支架，出液管可沿管轴向滑动地穿设在所述第一电极支架中，所述管电极设置在所述第二电极支架上，并与所述出液管连通。

6.根据权利要求5所述的整体叶盘多通道电解加工装置，其特征在于，所述外圈转环的外壁上设置有轮齿，所述第二旋转机构包括与所述轮齿啮合的齿轮及固定在所述工作台上并与所述齿轮传动连接的伺服电机。

7.根据权利要求5所述的整体叶盘多通道电解加工装置，其特征在于，所述第一电极支架与所述第二电极支架均为绝缘结构。

8.根据权利要求6所述的整体叶盘多通道电解加工装置，其特征在于，所述管电极沿所述电解液槽的圆周方向设置有若干个，若干所述出液管均通过电解液分流装置与用于存储电解液的储液槽连通。

9.根据权利要求8所述的整体叶盘多通道电解加工装置，其特征在于，所述电解液槽底部设置有排液管，同时内部还设置有溢流管，所述排液管与所述溢流管均与所述储液槽连通。

10.一种根据权利要求9所述的整体叶盘多通道电解加工装置所实施的整体叶盘多通道电解加工方法，其特征在于，包括以下步骤:

1)将叶盘工件和夹具底座安装在第一旋转机构上；

2)伺服电机转动，通过齿轮带动外圈转环转动，使管电极位于叶盘工件与电解液槽侧壁之间的间隙内；

3)第一升降机构带动叶盘工件下降，叶盘工件上表面下降至管电极下方时，第一升降机构停止下降，伺服电机反转，使管电极位于叶盘工件的上方；

4)第一升降机构带动叶盘工件上升，使叶盘工件与管电极接触后停止，然后第一升降机构带动叶盘工件下降设定距离；

5)第二升降机构带动顶部盖板下降，使顶部盖板底部与叶盘工件顶部接触，同时管电极对应位于条形凹槽中；

6)开启电解液分流装置与储液槽之间的进液阀，开始进液；

7)进液完成后，叶盘工件与出液管分别接通电源正负极，第一升降机构带动叶盘工件上升的同时，第一旋转机构带动叶盘工件转动，第二旋转机构带动外圈转环转动，直至完成一组叶栅通道；

8)反转第一升降机构、第一旋转机构和第二旋转机构，使出液管重回叶盘工件上方，然后转动叶盘工件，重复上述步骤，完成所有叶栅通道。

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