CN1511667A - 用于带叶片圆盘几乎成形的快速粗加工的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种环形或倒置杯形的切削元件被用作电加工的工具电极，从而将带叶片圆盘上的翼片粗加工至接近于最后成形的形状。切削元件由CNC(由计算机数字控制的)驱动组件作用而围绕带叶片圆盘旋转和定位。
Description
技术领域
本发明一般地涉及一种电加工方法，并且更加特别地涉及一种装置，该装置可用于对装有叶片的圆盘(或所谓的带叶片圆盘)的翼片粗加工至接近最后成形的形状，与车削、铣削、EDM(放电加工)或ECM(电化学加工)相比，该装置具有较高的金属切削率和较低的刀具加工成本。
背景技术
电加工是一种利用具有型面形状的电极的旋转运动由控制的电腐蚀来从工件上切削掉材料的技术。这种加工方法的运动原理与铣削或者磨削类似。工具电极和工件分别与脉冲发生器或连续直流电源的负极和正极相连。电极间的间隙用于电解质的流动。
电腐蚀可由电解液或者产生于加工表面蒸汽气体层的电击穿形成，也可以由电极间的瞬间电弧放电或瞬时短路来形成。在所有的这些情况中，起决定作用的因素是腐蚀过程中的电流和持续时间。然而，加工表面的电腐蚀是一个相对过程，并且在腐蚀区域内会形成许多凹痕。因此，这种技术不能用于生产需精细加工的工件。
发明内容
本发明的第一方面披露的是一种用于加工带叶片圆盘上的翼片的装置，其包括：被支承为可绕轴旋转并且适用于电加工过程的环形切削元件。
本发明的第二方面披露的是一种用于加工带叶片圆盘上的翼片的方法，其包括以下步骤：驱动环形切削元件绕其轴旋转；为环形切削元件供电；在环形切削元件之间的极间间隙中提供电解质；使用可编程控制的装置在多个彼此相对的方向上移动环形切削元件，并从工件上腐蚀掉材料以形成带叶片圆盘。
本发明的第三方面披露的是一种用于加工带叶片圆盘上的翼片的装置，其包括：用于驱动环形切削元件绕其轴旋转的装置；用于为环形切削元件供电的装置；用于在极间间隙中提供流体的装置；以及使用可编程控制的装置在多个彼此相对的方向上移动环形切削元件，并从工件上腐蚀掉材料以形成带叶片圆盘的装置。
附图说明
图1是示出了本发明第一实施例的透视图。
图2是描绘了本发明第二实施例的示意透视图。
图3是示意的示出了环形切削元件的透视图，该环形切削元件上具有用于控制电弧放电的细槽和用于输送流体的通道结构。
零件列表
切削工具100、圆环或环形刀具102、输送口102P、细槽102S、C形支承板114、导向滚轮支座106、支承/平移组件108、驱动源110、电源单元112、电刷或导电的滚轮组件114、流体供给装置116、倒置圆杯202。
具体实施方式
本发明目的在于解决与制造例如装有叶片的圆盘的部件以及复杂结构有关的加工难题。
飞机引擎和工业气体涡轮机传统上一直使用的是带叶片的压缩机圆盘，在这种圆盘中各个翼片通过螺母和螺栓锚固在开槽的中心保持件上。为了减少引擎中的空气动力损失、引擎的重量以及复杂度，这种圆盘组件已经由一件整体的装有叶片的圆盘(也被称之为带叶片圆盘(blisk))所替代。在引擎中，一个带叶片圆盘可以取代多达120个或更多的零件。
然而，带叶片圆盘是不易于加工的。在制造带叶片圆盘的过程中，通常是从最初为圆盘形状的工件开始加工的。材料以如下方式去除以形成两相邻翼片上凸面和凹面之间的空腔。反复进行该过程，直到所有的空腔都已经完成，并且剩余的材料限定了预加工的翼片以及带叶片圆盘的剩余部分时为止。
所披露的本发明的一些实施例针对减少加工带叶片圆盘以及类似部件的难度和提高加工的效率。
更具体地说，本发明的这些实施例包括了在利用电加工方法从带叶片圆盘的预制件上快速去除这些材料的方法和装置。在图1示出的第一个实施例中，通常以数字100表示的切削工具包括圆环或者说环形刀具102，该环形刀具102由例如低碳钢的具有合适电导率的材料制成。该环形刀具102通过多个导向滚轮支座106可旋转地支承于基本为C形的支承板104上。对环形刀具102的厚度、宽度以及直径进行选择，使其可以如下方式加工出空腔：剩余的材料(预成形翼片)接近于最后成形形状，但留有一定的厚度余量以进行精加工，并且不会切削成预成形件的精加工形状。支承板的形状不受所描述的构造的限制，并且可以依据装置所要执行的加工任务进行适当修改。
利用支承/平移组件108来支承切削工具100并对其进行位置控制，组件108可以是一可以买到的组件，并且该组件允许沿多个轴的运动，例如沿4个轴的运动。该支承/平移组件108最好包括由计算机数字控制的(CNC)驱动器和控制器。该组件可实现沿X、Y、Z轴的运动的控制并且可对Z轴运动的进刀速度进行编程和控制。同样也可以对X和Y轴的平移进行编程、控制和添改。这样可使得刀具环的内径(ID)或者外径(OD)被切削为尽可能接近翼片的断面轮廓，并留出一定的精加工余量。
如果有助于加工过程的话，还可以对工件施加附加的轴向运动(即沿纵向轴的旋转和倾斜)。由于切削工具是环形的，因而它具有圆形的中间开口，这样它可以加工到工件的一些位置，例如那些平的无穿孔盘形切削元件所不可能加工到的位置。
环形刀具102沿W所示方向的旋转被用来相对于固定的圆形板材、坯料或者工件提供切削动作。如图1所示，利用环形刀具沿Z轴的平移来实现向下进刀，同时在带叶片圆盘的两翼片之间在圆形板材上切削出细槽。利用沿X轴和Y轴的位置调整来得到粗加工翼片的所需曲率。
驱动源110为刀具环102提供旋转动力，该驱动源110包括旋转能量源，并且可装有传动装置。旋转源可以是具有速度控制器的电马达。传动装置可以是类似于减速齿轮机构的齿轮传动装置、皮带传动装置或其它将旋转运动从旋转源传递给切削工具的装置。
决定着切削表面速度的环形刀具102的旋转速度可以由马达的速度控制器和传动装置之一或者二者结合来设定和控制到一个合适的水平，如果优选的话，该传动装置可装设一可变速齿轮传动装置。
除以上所述之外，第一实施例还包括电源单元112，该电源单元112为环形刀具102提供适于电加工切削的电能。可以通过电刷系统或者导电滚轮组件114来实现旋转环102的电传递。
可以在环形刀具102的切削面上切割出细槽102S(见图3)，这样可以避免电加工切削过程中的持续电弧放电。将切削区域暴露出来从而切削液可以容易地从流体供给装置116流入其中。该流体供给装置包括用于引导流体流动的泵或类似部件。该流体可以是水、去离子水或者水状电解质溶液、悬浮液或者合适的电解材料/液体的混合物以及类似物。此处仅仅是为了举例说明，可以使用NaNO2溶液、NaOH溶液或Na2CO3和NaNO2的混合物。
即使环形刀具座的设计没有暴露出切削区域，也可以在环形刀具102中/上设置内部通道(见图3中与这种通道结构有关的输送口102P)来将足够量的切削液输送到切削区域。
还可实施其它的可替代结构。例如，如图2中所描绘的，本发明的第二实施例使用的是一倒置的圆杯(即中空的截锥构造)202。如以上所披露的，具有马达和/传动装置的驱动组件被设置成与杯的上端进行驱动连接。可以理解到，杯的开口端(刀刃)实质上是一环形元件并且如结合第一个实施例(图1)所披露的环形切削件一样进行切削动作。
虽然仅描述了本发明的有限个实施例，但仍应当明了，前面所披露的内容将会给本发明所属技术领域或最接近技术领域的普通技术人员以启示，使之在不超出所附权利要求的范围内对本发明实施各种修改和变型。
Claims (10)
1.一种用于加工带叶片圆盘上的翼片的装置，其包括环形切削元件(102，202)，所述环形切削元件可绕轴旋转地被支承并且适用于电加工过程。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，环形切削元件包括倒置杯形构件(202)的环形刀刃。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其还包括：
支承和平移装置(108)，所述支承和平移装置用于支承环形切削元件以及用于沿至少三个彼此相对的轴移动环形切削元件；
与环形切削元件(102，202)操作地连接以便驱动环形切削元件(102)绕轴旋转的驱动装置(110)；以及
与环形切削元件操作地连接的电源(112)。
4.如权利要求4所述的装置，其特征在于，其还包括为环形切削元件提供流体的流体供给装置(116)。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，流体供给装置包括环形切削元件中的通道结构，所述通道结构适用于引导流体进入切削区域。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，环形切削元件由成形的支承板(104)支承，并且可通过多个滚轮(106)支承成相对于其中旋转。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，环形切削元件具有适于阻止环形切削元件与被环形切削元件切削的工件之间连续电弧放电的细槽(102S)。
8.一种用于加工带叶片圆盘上的翼片的方法，包括以下步骤：
驱动环形切削元件(102)绕其轴旋转；
为环形切削元件(102)供电；
为环形切削元件(102)提供流体；
使用可编程控制的装置在三个彼此相对的方向上移动环形切削元件(102)，并从工件上腐蚀掉材料以形成带叶片圆盘。
9.一种用于加工带叶片圆盘上的翼片的装置，包括：
用于驱动环形切削元件绕其轴旋转的装置(110，106)；
用于为环形切削元件供电的装置(112，114)；
用于为环形切削元件提供流体的装置(116)；以及
装置(108)，该装置(108)用于使用可编程控制的装置在三个彼此相对的方向上移动环形切削元件，并从工件上腐蚀掉材料以形成带叶片圆盘。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，其还包括细槽(102S)，该细槽(102S)形成于环形切削元件中，并用于阻止环形切削元件与工件之间的连续电弧放电。
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