CN114769754B - 叶片进/排气边精密电解修型工具及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叶片进/排气边精密电解修型工具及方法，属于电解加工技术领域。该装置包括工具阴极，具有主、辅进液口、内部流道的绝缘套壳，自动化对刀装置，装置的最大特点是将工具阴极与绝缘套壳和自动化对刀装置装配成一体以适应叶片进/排气边的自动化电解加工，加工过程中无需拆装任何工装夹具和对刀装置即可实现进/排气边电解加工。对刀找正采取双点自动对刀，先采用与旋转中心重合的对刀探针触碰待修型区域，导通后，工具阴极绕旋转中心做微量旋转直至另一个对刀探针触碰到待修型区域，工具阴极下移距离d，即可完成自动化对刀。本发明的关键在于使叶片进/排气边电解加工具有一定的自动化程度，提升了叶片进/排气边电解加工的效率。

Description

叶片进/排气边精密电解修型工具及方法
技术领域
本发明涉及一种叶片进/排气边精密电解修型工具及方法，属于电解加工技术领域。
背景技术
叶盘作为航空发动机的核心零部件，随着航空工业的不断发展，航空发动机整体式叶盘逐步替代传统的榫头榫槽装配式叶盘。进/排气边结构是整体叶盘中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，若进/排气边加工精度超差，则会发生气流紊乱等问题。因此，叶片进/排气边的制造精度严重影响航空发动机的推重比与工作效率。
现有的叶片进/排气边结构电解加工大部分是基于传统方法设计且繁琐的工装夹具拆装限制了自动化电解加工的发展。如中国航发动力股份有限公司雷海峰等提出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)，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。此外，南京航空航天大学朱荻等提出的一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置（朱荻, 刘嘉, 汪浩, 王京涛；一种叶片或整体叶盘进排气边脉动态电解修型装置[P]；江苏省：CN202110617149.4，2021-06-03），采用工具阴极与导液板、绝缘块相组合的装置，在最优进给方向上对叶片进排边进行加工，提高了叶片进排气边加工的精度，但在对整体叶盘的多个叶片加工时，需要不断地拆装阴极装置上的导液板和对刀装置，加工效率低下。
因此，在保证叶片进/排气边高电解加工精度的基础上，如何实现叶片进/排气边的自动化对刀找正，减少进/排气边电解加工的生产准备周期，实现工装夹具的少、无拆卸，提高进/排气边的生产效率，已成为目前亟需解决的问题。
发明内容
本专利描述了一种用于叶片进/排气边精密电解修型工具及方法，以解决上述现有技术存在的问题。实现了叶片进/排气边的自动化对刀找正，加工过程中无需拆卸任何的工装夹具，减少进/排气边电解加工的生产准备周期，在保证加工精度的同时，极大地提高了叶片进/排气边的生产效率。
一种叶片进/排气边精密电解修型工具，其特征在于：包括工具阴极、绝缘套壳、对刀装置，工具阴极连接旋转轴承通过法兰连接机床主轴，绝缘套壳整体安装在工具阴极上；所述对刀装置安装在绝缘套壳上，包括前后设置的第一球型对刀探针和第二球型对刀探针，第一球型对刀探针安装位置与旋转轴承的旋转轴线在一个平面上使得初始状态时该对刀探针的端部正好位于旋转轴承的旋转轴线上；第二球型对刀探针由工具阴极在旋转轴承带动下可绕旋转轴线做微量旋转运动；绝缘套壳的端部为敞开的电解液室，电解液室从前向后依次被叶尖电解液隔板、叶根电解液隔板隔成端部敞开的叶尖电解液室、叶身电解液室和叶根电解液室；电解液室上方从前向后依次设有相应的叶尖辅助进液口、主进液口、叶根辅助进液口。
利用所述的叶片进/排气边精密电解修型工具的进/排气边修型方法，其特征在于包括以下过程：步骤1、电解液从绝缘套壳上侧的叶尖辅助进液口、主进液口、叶根辅助进液口进入内部流道，分别流经叶片进/排气边毛坯端部型面的叶尖加工区、叶身加工区和叶根加工区，并直接从加工区下侧出口流出；步骤2、对刀找正时，两个球型对刀探针分别供电，相互不导通；首先，第一球型对刀探针触碰叶片进/排气边待修型区域，导通后，记录导通位置；然后，电机带动工具阴极绕轴承旋转中心做微量旋转运动直至第二球型对刀探针触碰到进/排气边待修型区域，导通后，记录导通位置；最后，工具阴极整体移动距离d，即可完成对刀，其中d为探针圆心与工具阴极积叠轴的距离。步骤3、加工过程中，叶片毛坯与电源正极相连，套有绝缘套壳的工具阴极与电源负极相连；当工具阴极抵达叶片最小间隙时通脉冲电加工；当排气边阴极芯轴远离最小间隙时，断电并进行电解液高速冲刷，使加工过程不断清零重启；加工过程中采用分步式变参数电解加工；其中脉冲宽度和工具阴极振动幅度逐步减小的加工模式；其分步模式为先采用较长的脉冲宽度和较大的振动幅度进行进/排气边结构的快速整平，再采用较短的脉冲宽度和较小的振动幅度进行进/排气边结构的精确修型。
所述进/排气边工具阴极沿叶片进/排气边端部的最优进给方向为叶片叶型截面轮廓的中弧线。其确定方式为首先在叶片数模上取叶型截面，在叶型截面中绘制若干内切圆，然后将所有内切圆圆心从进气边到排气边依次连接构成中弧线，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最优进给方向。
所述的叶片进/排气边精密电解修型方法，其特征在于：进/排气边修型加工时，利用两套精密电解修型工具同或分别对进气边端部和排气边端部进行电解修型加工。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明的最大特点为将工具阴极与具有主、辅进液口、内部流道的进/排气边绝缘套壳和自动化对刀装置装配成一体以适应叶片进/排气边的自动化电解加工，加工时，套有绝缘套壳的工具阴极半包覆叶片，无需拆卸绝缘套壳和对刀装置即可实现工具阴极的进退以及叶片进/排气边毛坯的定位与加工，提高了叶片进/排气边电解加工的生产效率。
所述的对刀找正方法采取双点自动对刀，实现了叶片排气边的自动化对刀找正，减少排气边电解加工的生产准备周期。
3、叶片进/排气边精密电解修型工具及方法，进/排气边加工过程中采用脉冲宽度和工具阴极振动幅度逐步减小的加工模式。其具体分步模式为先采用较长的脉冲宽度和较大的振动幅度进行进/排气边结构的快速整平，再采用较短的脉冲宽度和较小的振动幅度进行进/排气边结构的精确修型。
4、所述进/排气边工具阴极的绝缘套壳上设有一路主供液流道和两路辅助供液流道。主供液流道为叶身供给电解液；辅助供液流道分别为叶尖和叶根供给电解液，分区式改善进/排气边毛坯端部型面加工区流场均匀性，提高加工稳定性和重复精度。
附图说明
图1 是加工装置示意图；
图2 是主供液流道和辅助供液流道示意图；
图3 是脉动态过程变参数示意图；
图4 是对刀装置示意图；
图5 是最优进给方向示意图；
图中附图标记名称：1、主进液口，2、叶片毛坯，3、第一球型对刀探针，4、绝缘套壳，5、工具阴极，6、旋转轴承，7、连接法兰，8、浑浊电解液池，9、电解液过滤器，10、清澈电解液池，11、叶尖辅助进液口，12、叶尖电解液隔板，13、叶根电解液隔板，14、叶根辅助进液口，15、轴承旋转中心，16、第二球型对刀探针，17、叶型截面轮廓，18、内切圆，19、中弧线，20、待修型区域。
实施方式
本发明的目的是提供一种用于叶片进/排气边精密电解修型工具及方法，以提高叶片进/排气边电解加工的自动化程度，从而提高生产效率。
如图1-5所示，本专利提供一种用于叶片进/排气边精密电解修型工具及方法，包括工具阴极5，绝缘套壳4。绝缘套壳4上设有主进液口1，叶尖辅助进液口11，叶根辅助进液口14，叶尖电解液隔板12，叶根电解液隔板13，绝缘套壳4与第一球型对刀探针3和第二球型对刀探针16整体安装在工具阴极5上，此外还包括旋转轴承6和连接法兰7。
参考图1和图3，加工时，叶片毛坯2与电源正极相连，工具阴极5与电源负极相连；具有一定压力的电解液分别从绝缘套壳主进液口1和叶尖辅助进液口11、叶根辅助进液口14进入绝缘套壳内部流道，分别流经叶片进/排气边毛坯端部型面的叶尖加工区、叶身加工区和叶根加工区，并直接从加工区下侧出口流出。
参照图4，完成加工前的对刀找正操作。带有第一球型对刀探针3和第二球型对刀探针16的对刀装置安装在工具阴极5上，工具阴极5连接旋转轴承6通过法兰7连接机床主轴，可带动工具阴极做上下运动、水平运动和绕轴承旋转中心15的旋转运动。在进行对刀找正时，先采用与轴承旋转中心重合的第一球型对刀探针3触碰叶片待修型区域20，导通后，记录导通位置；随后电机带动工具阴极5绕轴承旋转中心15做微量旋转运动直至第二球型对刀探针16触碰到待修型区域20，导通后，工具阴极整体下移距离d，其中d为探针圆心与工具阴极积叠轴的距离，即可完成工具工具阴极的对刀找正操作。
参考图5，一种叶片进/排气边精密电解修型工具及方法，工具阴极沿排气边端部最优进给方向进行进给加工，最优进给方向确定方式为首先在叶片数模上取叶型截面轮廓17，在叶型截面中绘制若干内切圆18，然后将所有内切圆圆心从进气边到排气边依次连接构成中弧线19，在中弧线与进/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/排气边的最优进给方向。
电解加工时，工具阴极5沿叶片最优进给方向做匀速进给运动，同时作往复微幅振动，当工具阴极5抵达叶片最小间隙时通脉冲电加工；当工具阴极远离最小间隙时，断电并进行电解液高速冲刷，使加工过程不断清零重启；参考图3，加工过程中先采用较长的脉冲宽度和较大的工具阴极振动幅度进行进/排气边结构的快速整平，再采用较短的脉冲宽度和较小的工具阴极振动幅度进行进/排气边结构的精确修型。待当前加工完成后，工具阴极5沿进给方向的反方向回退一定距离，工作台旋转，使下一个叶片毛坯到达指定加工位置；以进行叶片进/排气边自动化电解加工，如此往复，完成整体叶盘所有叶片的进/排气边的自动化电解加工。

Claims (4)

1.一种叶片进/排气边精密电解修型工具，其特征在于：
包括工具阴极（5）、绝缘套壳（4）、对刀装置，工具阴极（5）连接旋转轴承（6）通过法兰（7）连接机床主轴，绝缘套壳（4）整体安装在工具阴极（5）上；
所述对刀装置安装在绝缘套壳（4）上，包括前后设置的第一球型对刀探针（3）和第二球型对刀探针（16），第一球型对刀探针（3）安装位置与旋转轴承（6）的旋转轴线在一个平面上使得初始状态时该对刀探针的端部正好位于旋转轴承的旋转轴线上；第二球型对刀探针（16）由工具阴极（5）在旋转轴承（6）带动下可绕旋转轴线做微量旋转运动；
绝缘套壳的端部为敞开的电解液室，电解液室从前向后依次被叶尖电解液隔板（12）、叶根电解液隔板（13）隔成端部敞开的叶尖电解液室、叶身电解液室和叶根电解液室；电解液室上方从前向后依次设有相应的叶尖辅助进液口（11）、主进液口（1）、叶根辅助进液口（14）。
2.利用权利要求1所述的叶片进/排气边精密电解修型工具的进/排气边修型方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、电解液从绝缘套壳上侧的叶尖辅助进液口（11）、主进液口（1）、叶根辅助进液口（14）进入内部流道，分别流经叶片进/排气边毛坯端部型面的叶尖加工区、叶身加工区和叶根加工区，并直接从加工区下侧出口流出；
步骤2、对刀找正时，两个球型对刀探针分别供电，相互不导通；首先，第一球型对刀探针触碰叶片进/排气边待修型区域，导通后，记录导通位置；然后，电机带动工具阴极绕轴承旋转中心做微量旋转运动直至第二球型对刀探针触碰到进/排气边待修型区域，导通后，记录导通位置；最后，工具阴极整体移动距离d，即可完成对刀，其中d为探针圆心与工具阴极积叠轴的距离；
步骤3、加工过程中，叶片毛坯与电源正极相连，套有绝缘套壳的工具阴极与电源负极相连；当工具阴极抵达叶片最小间隙时通脉冲电加工；当排气边阴极芯轴远离最小间隙时，断电并进行电解液高速冲刷，使加工过程不断清零重启；加工过程中采用分步式变参数电解加工；其中脉冲宽度和工具阴极振动幅度逐步减小的加工模式；其分步模式为先采用较长的脉冲宽度和较大的振动幅度进行进/排气边结构的快速整平，再采用较短的脉冲宽度和较小的振动幅度进行进/排气边结构的精确修型。
3.根据权利要求2所述的叶片进/排气边精密电解修型方法，其特征在于：
工具阴极沿进/排气边端部最优进给方向进行进给加工，最优进给方向确定方式为首先在叶片数模上取叶型截面轮廓（17），在叶型截面中绘制若干内切圆（18），然后将所有内切圆圆心从进气边到排气边依次连接构成中弧线（19），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最优进给方向。
4.根据权利要求2所述的叶片进/排气边精密电解修型方法，其特征在于：
进/排气边修型加工时，利用两套精密电解修型工具同时或分别对进气边端部和排气边端部进行电解修型加工。
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