CN114654034A - 一种叶盘叶栅群电极电解加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种叶盘叶栅群电极电解加工装置及方法，涉及电解加工技术领域，包括外圈转环、内圈底座和多个阴极杆；外圈转环的内直径大于内圈底座的外直径，内圈底座的内直径大于叶盘工件的外直径；外圈转环与内圈底座同轴设置；多个阴极杆的中部与内圈底座相连接，多个阴极杆的外端与外圈转环转动连接，多个阴极杆的内端设置有套形阴极片或径向进给电极。外圈转环转动，连杆推动阴极杆沿内圈底座旋转进给。叶盘工件绕自身轴线转动，在电化学反应阳极溶解作用下，通过一次进给就能同时加工出多个叶片。实现了扭曲叶片整体叶盘的高效套形电解/径向进给电解加工，可大幅提升加工效率。

Description

一种叶盘叶栅群电极电解加工装置及方法

技术领域

本发明涉及电解加工技术领域，特别是涉及一种叶盘叶栅群电极电解加工装置及方法。

背景技术

作为航空发动机中的核心部件，整体叶盘等整体构件起着不可替代的作用，是决定整机性能和发动机制造周期的关键部件之一。然而，这类构件多采用高温合金或钛合金材料，其叶栅密集、叶片型面复杂、通道狭窄，这些特点给传统数控机械加工整体叶盘带来了诸多限制。

电解加工是利用电化学阳极溶解原理对金属材料实现去除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。

整体叶盘电解加工中，首先要开展的是叶栅通道粗加工。叶栅通道加工是采用成型电极在叶盘毛坯上依据叶片分布留有余量的电化学溶解出叶间通道，绝大多数材料在叶栅通道加工中被去除。现有的叶栅通道电解加工技术主要有以下三类：套形电解加工、径向进给电解加工和数控电解加工。在专利“一种电解加工大扭曲叶片整体叶盘的内腔可变工具阴极”中公开了一种内腔可变工具阴极，通过阴极杆的旋转进给和阴极内腔形状的变化实现大扭曲叶片的套形电解加工。在专利“一种非匀速双旋转变加工刃阴极整体叶盘电解加工方法”中公开了一种径向进给电解加工方法：工具电极旋转进给与叶盘转动的三轴复合运动实现扭曲叶片叶栅通道的电解加工。目前，套形电解加工、径向进给电解加工方法以单电极加工为主，即一个叶栅通道加工结束后，方才进行下一个叶栅的加工。然而，对于数控电解加工来说，一些专利已提出了整体叶盘多电极电解加工方法，例如，在专利“多电极螺旋进给整体叶轮叶间流道电解加工方法”中提出了一种多管电极同步加工叶栅通道的加工方法；同时在专利“整体叶轮多通道电解加工装置”中对上述多管电极电解加工方法进行补充，提出了一种基于曲柄摇块机构传动的多管电极电解加工装置，能实现多个叶栅通道的同步电解加工。

目前，单个电极的加工效率已经没有大幅度提升的空间，且数控电解加工方法中已提出了多电极电解加工的方式，因此，对于套形电解加工或径向进给电解加工来说，同样亟需开展多电极电解加工的研究，通过合理设计加工装置、增加电极数量以提高整体叶盘的加工效率，这对缩短整体叶盘的制造周期具有重大的意义。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种叶盘叶栅群电极电解加工装置及方法，实现扭曲叶片整体叶盘的高效套形电解或径向进给电解加工成型。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种叶盘叶栅群电极电解加工装置，包括外圈转环、内圈底座和多个阴极杆；所述外圈转环的内直径大于所述内圈底座的外直径，所述内圈底座的内直径大于叶盘工件的外直径；所述外圈转环与所述内圈底座同轴设置；所述多个阴极杆的中部与所述内圈底座相连接，所述多个阴极杆的外端与所述外圈转环转动连接，所述多个阴极杆的内端设置有套形阴极片或径向进给电极。

可选的，所述阴极杆包括杆体和杆头；所述杆体中部与所述内圈底座活动连接，所述杆体外端转动的与所述杆头的一端相连接，所述杆头的另一端用于与所述外圈转环转动连接；所述杆体内端设置有所述套形阴极片或所述径向进给电极。

可选的，所述杆体的侧壁上设置有螺旋槽，所述螺旋槽与导向块的一端相连接，所述导向块的另一端与所述内圈底座相连接。

可选的，所述杆体上位于所述螺旋槽与所述杆体的内端之间设置有电解液入口；所述电解液入口与所述套形阴极片相连通。

可选的，所述杆头另一端与一连杆的一端铰链连接，所述连杆另一端与所述外圈转环铰链连接。

可选的，所述外圈转环与一驱动机构相连接。

可选的，所述阴极杆与所述套形阴极片之间设置有阴极底座，所述阴极底座用于固定所述套形阴极片。

可选的，还包括电源，所述阴极杆与所述电源的负极相连接，所述叶盘工件与所述电源的正极相连接。

本发明还公开一种基于上述的叶盘叶栅群电极电解加工装置的方法，包括以下步骤：

(a)叶盘工件安装在与内圈底座同心的转台上；

(b)启动电解液循环系统，向加工区通入电解液；

(c)启动电源，给阴极杆和叶盘工件通电；

(d)当外圈转环顺时针转动时，带动连杆与外圈转环相对转动，连杆转动推动阴极杆旋转进给，当接通电源时，叶盘工件的材料电化学溶解出多个叶栅通道的三维轮廓；

(e)加工完成一组叶栅通道后，停止供液，断电，外圈转环逆时针转动，阴极杆退回初始位置；

(f)叶盘工件旋转分度，重复上述操作直至将所有叶栅通道加工完成。

(g)加工结束，关闭电源，关闭电解液循环系统。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、本发明采用群电极同时加工整体叶盘叶栅通道，与传统的单电极逐个加工相比，可一次加工多个叶栅，甚至可实现一次加工所有叶栅通道，极大地提高了整体叶盘的加工效率，大幅度缩短制造周期。

2、本发明所述的套形电解加工/径向进给电解加工过程中，阴极旋转进给运动，叠加叶盘工件的旋转，同时复合进给运动实现电解过程，能更好贴近叶片型面，高效完成了扭曲叶片叶盘的电解加工。

3、本发明设计的传动机构，仅通过简单的三轴联动即可实现多个工具电极的同步旋转、径向进给，大幅简化了多电极电解加工机床结构；且通过更换阴极体即可实现套形电解加工或径向进给电解加工，有较强的工艺适应性。

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为整体叶盘多电极电解加工示意图。

图2为阴极杆示意图。

图3为多电极电解加工装置加工前的状态示意图。

图4为多电极电解加工装置进给后的状态示意图。

图5为图1中阴极杆部位的局部示意图。

图6为整体叶盘套形电解加工示意图。

图7为整体叶盘径向进给电解加工示意图。

图中标号名称：1、外圈转环，2、内圈底座，3、阴极杆，3-1、螺旋槽，3-2、连接孔，3-3、电解液入口，3-4、台阶面，4、阴极底座，5、套形阴极片，6、连杆，7、导向块，8、叶盘工件，8-1、叶栅通道，9、径向进给电极。

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。

实施例一：

如图1至7所示，本实施例提供一种叶盘叶栅群电极电解加工装置，包括外圈转环1、内圈底座2和多个阴极杆3；外圈转环1的内直径大于内圈底座2的外直径，内圈底座2的内直径大于叶盘工件8的外直径；外圈转环1与内圈底座2同轴设置；多个阴极杆3的中部与内圈底座2相连接，多个阴极杆3的外端与外圈转环1转动连接，多个阴极杆3的内端设置有套形阴极片5或径向进给电极9。

于本具体实施例中，阴极杆3包括杆体和杆头；杆体中部与内圈底座2活动连接，杆体外端转动的与杆头的一端相连接，杆头的另一端用于与外圈转环1转动连接；杆体内端设置有套形阴极片5或径向进给电极9。杆体的侧壁上设置有螺旋槽3-1，螺旋槽3-1与导向块7的一端相连接，导向块7的另一端与内圈底座2相连接。杆体上位于螺旋槽3-1与杆体的内端之间设置有电解液入口3-3；电解液入口3-3与套形阴极片5相连通。杆头另一端与一连杆6的一端铰链连接，连杆6另一端与外圈转环1铰链连接。更具体的，内圈底座2沿径向设置多个贯通的内孔，每个内孔中贯通的设置一个阴极杆3的杆体，杆体的直径小于内孔的内径，从而可以使杆体在内孔中转动或线性移动，内孔的侧壁上设置限位槽，导向块7另一端插入导向槽内，使杆体在线性移动时沿螺旋槽3-1转动。

于更具体的实施例中，杆体的外端设置有内孔，内孔的底部设置台阶面3-4，杆头的一端设置凸台，通过凸台与台阶面3-4的配合，实现杆体与杆头之间的可以相对转动而不能线性移动。

外圈转环1与一驱动机构相连接。该驱动机构包括电机，用于驱动外圈转环1的正转或反转。

阴极杆3与套形阴极片5之间设置有阴极底座4，阴极底座4用于固定套形阴极片5。

于又一具体实施例中，还包括电源，阴极杆3与电源的负极相连接，叶盘工件8与电源的正极相连接。

如图1至5所示，当外圈转环1顺时针转动时，带动连杆6与外圈转环1相对转动，则连杆6位置发生改变，由于连杆6与阴极杆3铰链连接，连杆6转动将推动阴极杆3沿内圈底座2的内孔滑动，而导向块7限制阴极杆3沿螺旋槽3-1螺旋前进，因此，套形阴极片5或径向进给电极9在阴极杆3的带动下实现旋转进给。加工过程中，套形阴极片5或径向进给电极9的旋转进给的同时，叶盘工件8绕自身轴线转动，向加工区通入电解液，当接通电源时，工件材料电化学溶解出多个叶栅通道8-1的三维轮廓。阴极杆3的进给与叶盘工件8的旋转同步进行，通过阴极杆3的螺旋进给和叶盘工件8的转动，这三个运动合成的运动轨迹能更贴合叶片型面。

如图6所示，在套形电解加工时，阴极体为带有与叶型轮廓相似的象形通道的工具电极，能对材料进行套型加工。电解液流动方式为正流式，即电解液从入口3-3流入，经阴极体内部流道，从套形阴极片5内部喷出至加工间隙内，随着阴极体的螺旋进给，与阴极片对应区域的材料发生电化学溶解而去除，获得叶片的三维轮廓。

如图7所示，在径向进给电解加工时，阴极体为前端有加工刃的径向进给电极9，加工面为加工刃端面，电解流动形式为侧流式，即电解液由叶背流经叶根轮毂再从叶盆侧流出，随着阴极体的螺旋进给，与加工刃对应区域的材料发生电化学溶解而去除，获得叶栅通道的三维轮廓。

实施例二：

本实施例提供一种基于实施例一中的叶盘叶栅群电极电解加工装置的方法，包括以下步骤：

(a)叶盘工件8安装在与内圈底座2同心的转台上；

(b)启动电解液循环系统，向加工区通入电解液；

(c)启动电源，给阴极杆3和叶盘工件8通电；

(d)当外圈转环1顺时针转动时，带动连杆6与外圈转环1相对转动，连杆6转动推动阴极杆3旋转进给，当接通电源时，叶盘工件8的材料电化学溶解出多个叶栅通道8-1的三维轮廓；

(e)加工完成一组叶栅通道8-1后，停止供液，断电，外圈转环1逆时针转动，阴极杆3退回初始位置；

(f)叶盘工件8旋转分度，重复上述操作直至将所有叶栅通道8-1加工完成。

(g)加工结束，关闭电源，关闭电解液循环系统。

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。

本说明书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 (9)

1.一种叶盘叶栅群电极电解加工装置，其特征在于，包括外圈转环、内圈底座和多个阴极杆；所述外圈转环的内直径大于所述内圈底座的外直径，所述内圈底座的内直径大于叶盘工件的外直径；所述外圈转环与所述内圈底座同轴设置；所述多个阴极杆的中部与所述内圈底座相连接，所述多个阴极杆的外端与所述外圈转环转动连接，所述多个阴极杆的内端设置有套形阴极片或径向进给电极。

2.根据权利要求1所述的叶盘叶栅群电极电解加工装置，其特征在于，所述阴极杆包括杆体和杆头；所述杆体中部与所述内圈底座活动连接，所述杆体外端转动的与所述杆头的一端相连接，所述杆头的另一端用于与所述外圈转环转动连接；所述杆体内端设置有所述套形阴极片或所述径向进给电极。

3.根据权利要求2所述的叶盘叶栅群电极电解加工装置，其特征在于，所述杆体的侧壁上设置有螺旋槽，所述螺旋槽与导向块的一端相连接，所述导向块的另一端与所述内圈底座相连接。

4.根据权利要求3所述的叶盘叶栅群电极电解加工装置，其特征在于，所述杆体上位于所述螺旋槽与所述杆体的内端之间设置有电解液入口；所述电解液入口与所述套形阴极片相连通。

5.根据权利要求2所述的叶盘叶栅群电极电解加工装置，其特征在于，所述杆头另一端与一连杆的一端铰链连接，所述连杆另一端与所述外圈转环铰链连接。

6.根据权利要求1所述的叶盘叶栅群电极电解加工装置，其特征在于，所述外圈转环与一驱动机构相连接。

7.根据权利要求1所述的叶盘叶栅群电极电解加工装置，其特征在于，所述阴极杆与所述套形阴极片之间设置有阴极底座，所述阴极底座用于固定所述套形阴极片。

8.根据权利要求1所述的叶盘叶栅群电极电解加工装置，其特征在于，还包括电源，所述阴极杆与所述电源的负极相连接，所述叶盘工件与所述电源的正极相连接。

9.一种基于权利要求1至8所述的叶盘叶栅群电极电解加工装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)叶盘工件安装在与内圈底座同心的转台上；

(b)启动电解液循环系统，向加工区通入电解液；

(c)启动电源，给阴极杆和叶盘工件通电；

(d)当外圈转环顺时针转动时，带动连杆与外圈转环相对转动，连杆转动推动阴极杆旋转进给，当接通电源时，叶盘工件的材料电化学溶解出多个叶栅通道的三维轮廓；

(e)加工完成一组叶栅通道后，停止供液，断电，外圈转环逆时针转动，阴极杆退回初始位置；

(f)叶盘工件旋转分度，重复上述操作直至将所有叶栅通道加工完成。

(g)加工结束，关闭电源，关闭电解液循环系统。

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