CN114985852A - 一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，采用电火花成型机对发动机叶片异形气膜孔进行分布式加工，加工方法包括如下步骤：步骤1：电极制作，利用三维软件抽取叶片单个异形孔各个面制作异形孔加工电极的三维造型，根据异形孔加工电极的三维造型加工出实物电极；步骤2：装夹、找正电极，用电极夹头将实物电极装夹在6轴电脉冲成型机床上，打表找正电极在机床上的垂直度、平行度；用三维软件测量异形孔的加工角，再利用UG软件中的加工模块，将编制好的加工程序导入机床中，进行试加工，各类不同的异形孔都可以通过该方法加工得到，该项加工方案解决了各类异形气膜孔的加工。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，具体为一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法。
背景技术
叶片作为航空发动机的关键零件，随着对发动机性能的要求越来越高，叶片气膜孔的设计为满足发动机的性能要求其形状越来越复杂，其加工难度也越来越大。对比简单的圆孔通过电火花小孔机直接加工出来，复杂的异形孔加工工序较为复杂新型航空发动机性能的好坏主要取决于涡轮叶片上气膜冷却孔的质量和形状，航空涡轮叶片异型孔因其对发动机冷却有较明显的效果，受到航空装备业的广泛关注。航空涡轮叶片气膜孔的加工一般采用电火花、电液束流加工，长脉冲激光加工等方式，电火花加工存在较厚的重铸层和严重的微裂纹现象，电液束流加工效率太低，并且孔的形状精度不好，长脉冲激光加工会产生严重的热效应，加工精度很低。我们采用飞秒激光加工异型孔兼备以上加工方式的所有优势，并且无重铸层、无微裂纹、无再结晶、无毛刺，能够达到很高的位置尺寸精度，并能够达到很高的加工效率。但现有的方法不能连续加工出复杂的叶片异形气膜孔。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，以解决上述背景技术中问题。
为实现上述目的，本发明供如下技术方案：一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，其特征在于：采用电火花成型机对发动机叶片异形气膜孔进行分布式加工，加工方法包括如下步骤：
步骤1：电极制作，利用三维软件抽取叶片单个异形孔各个面制作异形孔加工电极的三维造型，根据异形孔加工电极的三维造型加工出实物电极；
步骤2：装夹、找正电极，用电极夹头将实物电极装夹在6轴电脉冲成型机床上，打表找正电极在机床上的垂直度、平行度；
步骤3：测量加工角度，利用三维软件测量异形孔的加工角度即异形孔加工电极围绕直孔轴向的旋转角度与异形孔相对于叶片的相对角度；
步骤4：编制加工程序:利用UG软件中的加工模块，设置好叶片零件的坐标系，编制异形孔的加工程序；
步骤5：实际加工，将编制好的加工程序导入机床中，进行试加工，记录加工深度，测量实际加工出的异形孔尺寸与理论尺寸相符时为最佳加工深度，将加工深度设置为试加工时的最佳深度便可开始正式加工。
进一步的，在每一层的加工之前，需要通过异形气膜孔的原加工轨迹来确定加工该层时工件上的蚀刻体积，然后对工件上的蚀刻体积与电极在上一层加工时产生的实时损耗量进行分析，从而确定电极的实际放电加工轨迹。
进一步的，电极的实际放电加工轨迹包括电极在加工过程中的实际切入角度以及加工深度，并通过计算机进行控制。
进一步的，上述加工方式为工件浸入式或者工件冲水式加工方式，加工过程中采用去离子水工作液，工作液通过开设在电极丝内部的通道直接喷洒在工件的加工表面。
进一步的，在加工过程中，需调节脉冲电源参数，减少单个脉冲能量，增加单位时间放电频率，脉冲电源是电火花成型机加工装备的重要组成部分，直接影响加工精度和加工表面质量，在小孔加工中，需要研究小脉宽和大峰值电流技术，减少单个脉冲能量，增加单位时间放电频率，来减少加工材料的重熔层厚度和显微裂纹，提高加工精度。
进一步的，对于不同形状异形孔的加工，加工时需要制作不同的异形孔加工所用的电极，然后按照上述步骤即可加工出想要的异形孔。
进一步的，电极对异形气膜孔上半部分不规则形状的气膜孔进行加工时，加工方式为电极在移动然后带动下先从该气膜孔的底部绕其一圈进行放电加工，然后一圈一圈逐层往上递进式放电加工；同时在每一层的加工之前需确定电极在上一层加工时产生的实时损耗量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方案设计的一种涡轮叶片异形气膜孔电火花加工方法，利用简单电极替代刀具，加工刀具无法加工材料上的异形孔，根据加工轨迹来高速铣削高温合金叶片上的异形气膜孔，整个涡轮叶片异形气膜孔加工只需要一次装夹，全自动完成，加工效率高，并在加工时通过分析电极丝的实时损耗量来重新确定实际加工轨迹，从而有效地提高加工精度，方案解决了各类异形气膜孔的加工。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
本发明供一种技术方案：一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，采用电火花成型机对发动机叶片异形气膜孔进行分布式加工，加工方法包括如下步骤：
步骤1：电极制作，利用三维软件抽取叶片单个异形孔各个面制作异形孔加工电极的三维造型，根据异形孔加工电极的三维造型加工出实物电极；
步骤2：装夹、找正电极，用电极夹头将实物电极装夹在6轴电脉冲成型机床上，打表找正电极在机床上的垂直度、平行度；
步骤3：测量加工角度，利用三维软件测量异形孔的加工角度即异形孔加工电极围绕直孔轴向的旋转角度与异形孔相对于叶片的相对角度；
步骤4：编制加工程序:利用UG软件中的加工模块，设置好叶片零件的坐标系，编制异形孔的加工程序；
步骤5：实际加工，将编制好的加工程序导入机床中，进行试加工，记录加工深度，测量实际加工出的异形孔尺寸与理论尺寸相符时为最佳加工深度，将加工深度设置为试加工时的最佳深度便可开始正式加工。
优选的，在每一层的加工之前，需要通过异形气膜孔的原加工轨迹来确定加工该层时工件上的蚀刻体积，然后对工件上的蚀刻体积与电极在上一层加工时产生的实时损耗量进行分析，从而确定电极的实际放电加工轨迹。
优选的，电极的实际放电加工轨迹包括电极在加工过程中的实际切入角度以及加工深度，并通过计算机进行控制。
优选的，上述加工方式为工件浸入式或者工件冲水式加工方式，加工过程中采用去离子水工作液，工作液通过开设在电极丝内部的通道直接喷洒在工件的加工表面。
优选的，在加工过程中，需调节脉冲电源参数，减少单个脉冲能量，增加单位时间放电频率，脉冲电源是电火花成型机加工装备的重要组成部分，直接影响加工精度和加工表面质量，在小孔加工中，需要研究小脉宽和大峰值电流技术，减少单个脉冲能量，增加单位时间放电频率，来减少加工材料的重熔层厚度和显微裂纹，提高加工精度。
优选的，对于不同形状异形孔的加工，加工时需要制作不同的异形孔加工所用的电极，然后按照上述步骤即可加工出想要的异形孔。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，其特征在于：采用电火花成型机对发动机叶片异形气膜孔进行分布式加工，加工方法包括如下步骤：
步骤1：电极制作，利用三维软件抽取叶片单个异形孔各个面制作异形孔加工电极的三维造型，根据异形孔加工电极的三维造型加工出实物电极；
步骤2：装夹、找正电极，用电极夹头将实物电极装夹在6轴电脉冲成型机床上，打表找正电极在机床上的垂直度、平行度；
步骤3：测量加工角度，利用三维软件测量异形孔的加工角度即异形孔加工电极围绕直孔轴向的旋转角度与异形孔相对于叶片的相对角度；
步骤4：编制加工程序:利用UG软件中的加工模块，设置好叶片零件的坐标系，编制异形孔的加工程序；
步骤5：实际加工，将编制好的加工程序导入机床中，进行试加工，记录加工深度，测量实际加工出的异形孔尺寸与理论尺寸相符时为最佳加工深度，将加工深度设置为试加工时的最佳深度便可开始正式加工。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，其特征在于：在每一层的加工之前，需要通过异形气膜孔的原加工轨迹来确定加工该层时工件上的蚀刻体积，然后对工件上的蚀刻体积与电极在上一层加工时产生的实时损耗量进行分析，从而确定电极的实际放电加工轨迹。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，其特征在于：电极的实际放电加工轨迹包括电极在加工过程中的实际切入角度以及加工深度，并通过计算机进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，其特征在于：上述加工方式为工件浸入式或者工件冲水式加工方式，加工过程中采用去离子水工作液，工作液通过开设在电极丝内部的通道直接喷洒在工件的加工表面。
5.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，其特征在于：在加工过程中，需调节脉冲电源参数，减少单个脉冲能量，增加单位时间放电频率，脉冲电源是电火花成型机加工装备的重要组成部分，直接影响加工精度和加工表面质量，在小孔加工中，需要研究小脉宽和大峰值电流技术，减少单个脉冲能量，增加单位时间放电频率，来减少加工材料的重熔层厚度和显微裂纹，提高加工精度。
6.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，其特征在于：对于不同形状异形孔的加工，加工时需要制作不同的异形孔加工所用的电极，然后按照上述步骤即可加工出想要的异形孔。
7.据权利要求1所述的一种航空发动机叶片异形气膜孔加工方法，其特征在于：电极对异形气膜孔上半部分不规则形状的气膜孔进行加工时，加工方式为电极在移动然后带动下先从该气膜孔的底部绕其一圈进行放电加工，然后一圈一圈逐层往上递进式放电加工；同时在每一层的加工之前需确定电极在上一层加工时产生的实时损耗量。
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