CN88101311A - 电化学方法加工翼型叶片用的电极 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了将工件加工成叶片圆盘的设备。该工件包括有相背向的第一和第二面，该面由径向内底、径向外顶、第一边和第二边所确定。该设备包括第一和第二互补状电极，可围绕加工坯件定位，每电极有支持部分和工作部分；还有槽导电解液从电极之间的入口流至出口的装置；密封各工作部分以防止漏泄的装置。电解液被槽导在第一和第二边之间。仅以单一操作即能实现将坯件电化学加工成最终翼型叶片。

Description

根据空军部门授予的合同№F33657-82-C2188和根据陆军部门授予的合同№DDA09-85-C-B-312，政府在本发明中享有权利。

本申请与共同申请的申请号……，文件号13LN-1862有关，它与本申请已转让给同一受证人。

本发明主要涉及到用电化学方法加工金属部件，更具体地说涉及到用电化学方法加工翼面。

电化学加工（以下也简称为加工）乃是一种常规的方法。在这种方法中，通常对工件施加正电压成为一正极，施加负电压的电极成为一负极。一般采用5-25伏之间的直流电压，并建立起5-30，000安电流。于是电解液即在工件和对工件进行电化学加工的电极之间的空间或空隙形成的槽中流通。这种间隙必须精确地保持以避免发生有害的火花或电弧，间隙太小或造成几乎无电解液流过即发生上述情况。

先有技术中拥有各种电化学加工各类翼型叶片的方法，或是对单个叶片或者对一个成整体的“叶片圆盘”（blisk）组件进行加工。翼型叶片的前缘和后缘特别难于精加工，为此在先有技术中提供了各种设备。

叶片圆盘具有高折转角、高扭转角和（或）高紧密度，进行电化学加工圆盘上的叶片在经济上存在着实质性的问题。折转角指的是叶片顶端相对于中心线的角度，扭转角指的是在叶片根部和顶部之间折转角度之差，而紧密度则指叶片的数目与叶片圆盘的圆周的关系，所以具有高紧密度其意即各叶片相邻空间十分紧密。

因此，为了高效和经济地进行电化学加工叶片圆盘，一个加工设备必须做到以相对少的操作和不需利用较复杂的结构来完成加工。

因此，本发明的目的之一便是提供一个新的并改进的用于电化学加工翼面的设备。

本发明的目的之二是提供一个新的并改进的用于电化学加工一个“叶片圆盘”的设备。

本发明的目的之三是提供一个新的并改进的设备，用于经过单一操作即实现从一个加工坯件用电化学加工出所需的翼面。

本发明的目的之四是提供一个新的并改进的设备，用于电化学精确加工一个加工坯件的前缘和后缘，以及其间的表面。

本发明的目的之五是提供一个新的并改进的设备，用于电化学加工在一个叶片圆盘上相邻叶片之间的平台且同时电化学加工在那里的叶片。

按照本发明的一个较佳实施例，揭示了一个由工件形成一个“叶片圆盘”的设备。该工件包括一个坯件，它具有由径向的内底、径向的外顶、第一边和一个第二边所确定的相反的第一面和第二面。

该设备包括有：第一和第二互补的电极，可定位在工件坯件周围，每个电极有一个支持部分和一个工作部分。在这里揭示了在该电极之间所确定的用于从一个入口槽导电解液到一个出口的装置，以及为密封工件部分以防止漏泄的装置。

下面结合附图详细描述本发明的目的和优点：

图1为一个设备的部分结构透视图，包括按照本发明较佳实施例的用于电化学加工的设备：

图2为图1所示电化学加工设备一部分的在水平面上的平面视图;

图3为图1所示电化学加工设备一部分在正交于图2水平面布置的垂直平面的平面视图;

图4为图1所示电化学加工设备的一部分在正交于图2水平面和图3垂直平面的第二个垂直平面上平面视图;

图5为用于加工一个叶片圆盘的一个粗加工工件的部分透视图;

图6为用于把图5所示粗工件进行电化学加工形成坯件的粗略的电极透视图;

图7为图6所示粗略的电极的一部分和说明电化学加工的图5所示粗工件的一部分的剖视图;

图8为由图5所示粗加工件形成一个叶片圆盘工件的部分透视和剖视图;

图9为由图8所示工件形成的一个被电化学加工完成以后的叶片圆盘的部分顶视图;

图10为按照本发明的一个实施例进行电化学加工叶片圆盘上各叶片用的互补电极的前面透视图;

图11为图10所示各电极的后面透视图;

图12为图10和图11所示电极对对图8工件进行加工位置的顶视图;

图13为图12所示电极对的沿剖线13-13的侧视图;

图14为图17所示电极对的沿剖线14-14的部分剖视图;

图15为工件12的透视图，一个加工坯件即将进到图12所示电极对之间的状态;

图16电解液排出部件的透视图，沿图12中的剖线16-16视入;

图17为取自图12的剖线17-17，所示为沿电解液通道中心线通过该电极对的部分剖视图;

图18为取自图14的剖线18-18，所示为一个电极和该加工坯件的部分剖视图。

图1所示是一个用于对在圆周上分列有多个加工坯件14的工件12进行电化学加工或形成一个“叶片圆盘”的设备10。该设备包括有;具有一个外壳16的电化机构15，带有第一电极18和第二电极20的一对电极，以及用于把电极对装在外壳16上的装置22，还设有用于将工件12装到外壳16上的装置24。

设备10还包括有：用于将电解液28槽导到电极对上的装置26，赋予该电极对负电压和赋予工件12正电压的电源装置30。电解液28照例可以包括氯化钠、以及（或）硝酸钠的水溶液，或其它有效的电解液溶液。

导流电解液的装置26包括有一个常规的电解液贮槽32，它通过供液导管34将具有相对纯净和温度受控的电解液28提供到电极对18和20。电解液槽32为常规装置并且在一部分中包括有一个高压泵、在线过滤器、温度监控装置和一些适当的控制阀（全未示出）。设有一个回液导管36，用于将自电极对来的电解液28返送到贮槽32。在外壳16上设有一个排液口38，用于收集各种漏泄的电解液28，并将电解液28通过一个排液导管40返送到贮槽32，该排液导管40与回液导管36连接。在回液导管36上设有一个常规的液泵42，用于将电极对和排液口38处的电解液打回到贮槽32。

电源装置30包括有一个常规的电源44，用于有效地提供5伏和25伏高达15，000安培的直流电。当用于加工相当大的工件12时，电流也可以升到30，000安培。一根正极性电缆46将电源44接通到工件12，一根负极性电缆48将电源44接通到第一和第二两个电极18和20。负电压通过电缆48加到第一和第二电极18和20，而正电压通过电缆46加到工件12上。

该设备10还包括有一个常规的控制装置50，配合地连接到该电极台架装置22、工件台架装置24、电源装置30和导液装置26上，并对他们有效地进行电气控制。

电极台架装置22使该电极对配合第一电极18沿U的方向或轴线作共直线运动，以及配合第二电极20在X方向或平行于U方向的轴线作共直线运动。该装置22也载着该电极对作如下详述的沿环形C的方向转动。设有一个常规的弹性密封52既允许台架装置22能够移动和转动，同时能防止电解液28与为了在X、U和C方向的运动而设置的各种常规的机械相接触，该密封包括适应于X和U方向移动的诸如波纹状折叠（未示出），并且在径向外圆周处该密封52包括有一圈适于沿C方向转动的滑动环密封。

该工件台架装置24也将详述于后，它具有实现工件12在Z的方向或轴线上移动和在环形B方向转动的功能。设有一个常规的弹性密封54以允许台架装置24既能移动和转动，而同时又防止电解液28与外壳16中的台架装置24的常规机械相接触。密封54包括有诸如波纹状折叠（未示出）以适合于Z方向移动。并且，在径向内圆周处该密封54包括有一圈适合于沿B方法转动的滑动环密封。

图2-4更详细说明外壳16的一些特征，该电极台架装置22包括有一个第一转盘56配接于外壳16上，并可在C方向绕着第一中心线或在该处法线方向延伸的旋转轴线58而转动。该转盘56系按常规方式装成允许在C方向的正向或反向绕该第一轴线58转动。

该台架装置22还包括有一个第一移动装置60，它具有一个第一L形支架62配接于该第一转盘56上，用于安装该第一电极18并使其在该处可动。第一支架62伸过弹性密封52，并被配接到一个常规的动力螺栓上（未示出），例如它能使支架62延U轴线在正反方向移动。

该台架装置22也包括有一个第二移动装置64，以实现第二电极20沿X轴线移动。该第二移动装置64包括有一个第二L形支架66，配接于第一转盘56上以将第二电极20装在那里并能运动。该第二支架66伸过弹性密封52并被配接到一个常规的动力螺栓上，例如它能使该第二支架66沿X轴线的正反方向移动。

该第一和第二电极18和20分别装在第一和第二支架62和66上，是沿一纵向中心线或第一移动轴线68安装的，该轴线68平行于该X和U轴线，该第一移动轴线68正交于该第一转动轴线58。

工件台架装置24包括有一个带一台肩的轴70，该工件12即由一个螺母72匹配地对接在该台肩上。该轴70则同轴地配接于第二转盘74上。转盘74配接于一个滑接在外壳16上的第三移动装置76上，该移动装置76包括一个壳体78，它包含有常规的可转动的支持结构、以支持该第二转盘74在那里并由此获得在B方向的转动。壳体78系按常规方法用一滑轨80贴附于外壳16上，它包括有一个常规的传动螺杆（未示出），通过它壳体78即可沿Z轴线的正反方向移动。

第二转盘74和轴70包括一个中心线或第二转轴线82，该转盘74按B方向围绕该轴线82可作正向或反向转动。该第二转轴82与第一转轴58共平面并且互相垂直。

控制装置50配接到该第一和第二转盘56、74和第一、第二和第三移动装置60、64和76，并实现独立地控制它们的运动。该控制装置50有效地控制第二转盘74的转动，以指引一个工件12的第一坯件14进到加工位置，然后将该工件12向电极对移动。控制装置50也有效地控制第一转盘56的转动和连接在该处的第一及第二电极18和20的移动。下面将详述，该控制装置50配合该电极对和坯件14沿X、U、C和Z方向的独立运动，以致电极对18和20被带到邻近坯件14的起始加工位置。该控制装置然后在加工期间同样地配合该独立而且协调的运动。这样的运动可包括将该电极对相对于该坯件14的扭转的转动。

图5所示是一个粗加工件84的部分剖开透视图，该件可制成工件12。可利用常规的多轴线铣床对工件84加工形成坯件14，或利用电化学加工设备15来制成。

图6所示为举例说明的一个粗略的电极86，它包括一个非导体88，一端配接到一个支持环90上，另一端有一个基本上平的板电极92，电极92和非导体88包括有一个翼型的小孔94穿过那里。

电极86可以配接到第一移动装置60的两个支架62和66或其中之一上。该粗工件84配接到台架装置24的轴70上，负电缆48配接到板电极92，而正电缆46则配接到工件84，然后，将工件84在Z方向朝着电极92移动，如图7所详示，电解液28被槽导通过孔隙94，并在板电极92和工件84之间对该坯件14构成电化学加工。为了扭曲坯件14，该第一转盘56将电极86在C方向转动，这是在工件84在Z方向向前移动的同时进行的，直到完成该坯件14的加工为止。

然后，工件84和电极86相互退回，接着该工件84被第二转盘74指引到B方向，以对一个相邻的坯件14重复上述的操作。重复进行这样的过程直到完成工件84上的全部坯件14的加工为止。

图8所示为工件12的部分透视图，是被设备10进行电化学加工完成后的情况。虚线轮廓96表示包括坯件14的工件12的起始轮廓，实线轮廓98表示最后形成的叶片圆盘98的形状。该实线与虚线之间的差值，举例来说约为30密耳（即0.03吋）。

该叶片圆盘98包括有多个在圆周上空间分开的叶片100，每个具有一个基本上为凹下去的第一面102和一个基本上为凸起的第二面104，该两个面以一个前缘106、一个后缘108、一个顶端110和一个根底112为界。在相邻两叶片100的根底112之间的是一个平台114。该叶片圆盘98还包括一个从平台114和前缘106向上游延伸的第一肩116，和一个从该平台114和后缘108处向后延伸的第二肩118，该第一和第二肩116和118的形状大致如图所示，并且可包括有常规的弯曲的耦接装置（未示出）形成在其上，以便将该叶片圆盘98固装在一台燃气轮机内与其相邻接的构件上。

每个加工坯件14包括一个第一面120和一个相反的第二面122，它们限定在第一径向延伸边124、第二径向延伸边126（相反于该第一边124）、径向外顶端128和径向内基底130之间。在相邻坯件14的各基底130之间的是一块台面132。

该工件12的第一面120、第二面122、第一边124、第二边126、顶端128、基底130和工件12的台面132代表原始结构，它是在用电化学加工形成包括有第一面102、第二面104、前缘106、后缘108、顶端110、根底112和平台114的叶片圆盘12最后构件之前的原始结构。

图9所示是一个包括多个叶片100的叶片圆盘12的顶视图。叶片顶端110的折角以角B表示，B是从叶片圆盘12的轴向中心线134到由叶片顶端110上的后缘108和前缘106之间引出的弦136的角度。根底112的折转角以角A表示，角A是从该中心线134到同于上述定义的但为从根底112引出的弦138的角度。叶片100的扭转角以角C表示，它是折转角A和B之间的差值。本发明的一个特点就是可以用电化学方法加工一个具有叶片100的叶片圆盘12，使叶片获得相当高的折转角和扭转角，例如折转角A约30°，折转角B约65°，这时扭转角C为35°。叶片圆盘12的紧密度可用相对于圆周的叶片100的数目来表示，而本发明能实现具有高紧密度叶片圆盘12，例如，在一个外径约7.5吋的叶片圆盘12上可有22个叶片，另一例为，一个外直径约6吋的叶片圆盘12上拥有32个叶片。

所示的图10和11是第一电极18和第二电极20分离开的透视图，示出了前面及后面。该电极对可由任意具有足够结构强度的适当导电材料构成，例如用铜铝合金。

第一电极18具有一个基本上为矩形的支持部分140，带有多个孔洞142，各固定螺栓144可通过它们延伸以将电极18固定到基座62上（见图15）。电极18还包括一个工作部分146用于槽导电解液28和电化学加工该坯体14的第一面120。

第二电极20同样包括一个具有多个孔洞142的支持部分148，孔洞142用于容纳各个螺栓144以将电极20固定到基座66上（见图15）。该第二电极也有一个工作部分150，用于槽导电解液和电化学加工该坯件14的第二面122。

第一电极18的工作部分146包括按顺序布置的入口端152、渐缩面154、第一喉面156、整体凸起的工作面158、第二喉面160、渐扩面162、和一个出口端164。同样，该第二电极20的工作部分包括按顺序布置的：入口端166、渐缩面168、第一喉面170、整体凹下的工作面172、第二喉面174、渐扩面176和一个出口端178。

如图12-14所详示，该第一和第二电极18、20可定位到一个坯件14的周围，使工作部分146和150之间限定的按顺序有入口180、渐缩喷管182、第一喉道184、用于容纳坯件14的工作空间186、第二喉道188、渐扩喷管190、和出口192。更详细地讲，工作部分146和150是在空间上互相分开而又面对着的，所以入口端152、166，渐缩面154、168，第一喉面156、170，工作面158、172，第二喉面160、174，渐扩面162、176，以及出口端164、178在它们之间分别限定了上述列举的部分180-192。

如图12和图15所示，电解液导引装置26还包括诸如一个非导电的入口块194，由一对螺栓196固定地配接于第二电极20上，以及诸如一个非导电的出口块198，由另一对螺栓198固定地配接到第一电极18上。各块体194、198系由一种合适的非导电材料构成，并且也是抗腐蚀又不吸附电解液的，例如用常见的军事规范G-10的层叠的纤维玻璃或环氧树脂材料。该块体194、198由中空套管200、202适当地分别连接到各导管34、36上可分别导通液体，它们各在块体194、198中为螺纹啮合。

如图16和17中所详示，该入口块194包括一个总体上渐扩的引入道204与套管200液体相通，以及该出口块198包括一个总体上渐缩的引出道206与套管202液体相通。图12、14和17说明引入道204排列成基本上与该电极对的整个入口180液体相通，而引出道206则排列成基本上与该电极对的出口192液体相通。

图12、14和17说明电极18和20处于工作的位置，这时第一加工坯件14位于工作面158和172之间。因为电解液28被槽导通过工作部分146和150之间的入口块194并从出口块198流出，故期望提供密封电极18、20的合适装置，以便防止电解液28的漏泄（它可能造成对叶片圆盘12的意外部分进行未料到的电化学加工）。该密封装置包括一个由入口块194的密封部分210所限定的入口密封208，它与第一电极18的入口端152系为滑动啮合。由于入口块194牢固地装到第二电极20上，故在其间提供了一个有效的密封。该入口密封208允许第一电极18相对于入口块194运动，并且提供一个有效的密封，因而实质上防止了在入口180处漏泄电解液28。

该密封装置也包括有一个同样的由出口块198的一个密封部分214限定的出口密封212，它与第二电极20的出口端178为滑动啮合。由于出口块198牢固地装到第一电极18上，故在其间形成有效密封。该出口密封212提供的密封对出口块198和第二电极20之间能实现相配合地相对运动，并实质上防止了在出口192处漏泄电解液28。

如图10、13和17所示，该密封装置还包括一个顶部密封216，它位于坯件14的顶部128之上。该顶部密封216由第一和第二电极18、20的工作部分146、150的能滑动啮合的密封部分所确定。更详细地说，在举述的实施例中，该顶部密封216包括有非导电密封块218由多个螺丝220固接于电极20的工作部分150的一端。该密封块218也是由诸如上述G-10的一种合适的非导电材料作成。顶部密封216还包括有一个互补的凹部222形成在第一电极18的工作部分146的相对端。该顶部密封216容许电极18和20之间的相对运动，同时对块体218和凹部222之间提供滑动运动，并且提供的密封实质上防止了电解液通过那里漏泄。

由图17可以明显看出，密封块218和凹部222的结构特别有利于缩小基本横流的电解液28产生任何径向偏斜，任何这样的径向偏斜都会使某些坯件的外观方面在坯件顶端128和第一及第二边124、126的交叉处加工出所不期望的半径。

在另一些设计中，可以免除相当复杂的块体218或凹部222的结构，可用比较简单的密封216来代替，例如可在块体218所示部位用一简单的舌和槽密封，可在电极对彼此对面处形成适当的U形凹槽，当电极18和20彼此定位在一起时，用一个伸长的平的元件放置到该凹槽中以建成舌和槽密封（未示出）。

如图10-13所示，该密封装置还包括一个第一底密封224和一个类似的第二底密封226，它们与该顶部密封216空间分开，并定位在与其相对的地方。用于实质上至少防止电解液28从渐缩喷管182和渐扩喷管190径向地向工件12的第一和第二肩116、118漏泄（见图17）。在所示的实施例中，这些底密封也配置成能防止从第一和第二喉道184和188产生类似的径向漏泄，尽管在其它设计中它们未必这样设置。

该第一底密封224包括一个非导电密封垫228由一对螺丝230合适地固接到第一电极18的工作部分146的一个支持端229，作为一例。垫228由上述诸如G-10的一种合适的非导电材料形成。垫228从工作部分146延伸并盖过第一电极18的渐缩面154和第一喉面156的上方，有一个互补的凹部232形成在第二电极20的工作部分150上，在第一喉面170和渐缩面168的上方，用于接受垫228构成彼此对向可往复运动的接合。

同样，第二底密封226包括一个相同的非导电密封垫234（用G-10材料做成）。由一对相同螺丝230固接到第二电极20的工作部分150的一个支持端235，作为一例。该密封垫234从工作部分150伸过渐扩面176和第二喉面174。有一互补的凹部236形成在第一电极18的工作部分146上，位于渐扩面162和第二喉面160的上方，用于接受垫234，形成彼此对向可往复运动的接合。

当电极18和20被定位到如图12所示的加工位置时，该密封垫228、234即分别叠在凹部232、236上，因而建立了适当电极18和20相对移动的密封，并且实质上防止了在加工空间186和入口180、出口192两者之间径向漏泄电解液28（见图14）。当然，这样的叠接元件之间会出现小间隙，不过，它们已被有效地减小到可以忽略的地步，实质上防止了不用它们时产生的漏泄。

图15表示工件12和电极18、20的相对位置，为运动到电化学加工最终位置之前的情况。具体讲，工件12被螺母72合适地固定到轴70上，在螺母72和工件12之间是一个导电间隔块238，例如正电缆46的端部240由一对螺栓242牢固在间隔块238上，该间隔块238与工件12有电接触能流通电流。当然，工件12与轴的其余部分具有常规的电气绝缘，例如用一些合适的绝缘套和隔离垫（未示出）。

另外，电缆46可以改接到轴70上，通过轴70的中央提供电流给工件12，在这种结构中，电缆46可被全部埋藏在外壳16和轴70内，因此在工件12所居的加工设备15的工作区域中腾出更多的空间。

负电缆48包括一个第一端244由一同样的螺栓242接到第一电极18，和一个第二端246则由另一螺栓242固接到第二电极20上，作为一例。

图17表示包括有第一坯件14的工件12处于该坯件14最终电化学加工时与电极18和20的相对关系。图14表示通过图17所示的构件大约为坯件14的50%径向高度处的横断面，实线所示为一加工完成的叶片100和电极18、20及块体194、198的位置，虚线所示为加工坯件14的轮廓和电极18、20及块体194、198在电化学加工刚开始之前的相对位置。利用本发明的设备在坯件14和电极18、20的工作部分之间为电解液流通的间隙可准确地保持为约8密耳。

本发明的较佳实施例包括有几个特征，即保证由对工件12的一个坯件14进行单一电化学加工操作即可获得该叶片圆盘98上的一个精加工叶片100。进一步举例来讲，引入道204形成如图14和17所示的渐扩喷管形状，使从套管200来的快速移动的液流变成在电极对入口180处的基本均匀流动。该渐缩喷管182和第一喉道184设置成部分地助长电解液28沿着坯件14从底部130到顶端128的整个径向范围均匀流动。

第一喉道184还具有一定限长度L₁，它不是简单的单一平面，而且它有效于防止喉道184形成收缩截面的下流，从而附加地保证了均匀流动。此外，在从坯件14除去其上的材料之前的开始加工位置方面，喉道184被定位到至少伸过坯件14的第一边124的一部分，这将保证能因第一喉面156和170所形成的部分电化学加工作业而除去任一突刺248，在其它加工期间这种突刺可能会在第一边124处形成，这种突刺是不期望的，因为它会导致损害性的打火。

工作面172和158系按合适的常规的方法形成，以获得叶片100的第一面和第二面102、104各自所希望的形状为准，在所述的举例中，该两面通常被加工成凸面和凹面。

该第二喉道188同样有一定限长度L₂，以助于保证电解液28沿坯件14底部130到顶端128的整个径向范围流动均匀，并流过第二边126。长度L₁和L₂都不应大到在该处产生所不期望的压力损耗的程度。该第二喉道188也至少伸过坯件14在开始加工位置的第二边126的一部分，以保证可能沿第二边126形成的任一突刺在电化学加工期间被除掉，避免所不期望发生的打火。

图14所示坯件14具有一弓形曲线249，从第一边124伸到第二边126。电极对的尺寸在较佳实施例中定到能使该弓线249位于部分地伸到第一和第二喉道184、186中，以便如上所述除掉各边突刺。同样，弓线249相对于第一喉道184的出口端和第二喉道188的入口端的相对位置应有助于控制叶片100的前缘和后缘106、108的弦长和位置。

第一和第二喉道184和188也分别具有宽度W₁和W₂，它界限出第一喉道184全部径向范围的第一喉道流通面积A₁以及界限出第二喉道188全部径向范围的第二喉道流通面积A₂第一喉道流通面积A₁和宽度W₁以分别比第二喉道流通面积A₂和宽度W₂大些较好，这样有利于在工作空间186的下游侧提供一予定流限，以便部分地保证通过坯件14全部径向范围的电解液28维持均匀径向流通。这也部分地保证了均匀地电化学加工，以及减少可能发生任何不期望的打火，不然的话，这种打火会在不均匀流或不充足流的区域内产生。这种结构也有助于保证防止在坯件14的第一和第二面120、122上因电化学加工产生放电光条。

该渐扩喷管190对减小第二喉道188的下游流限有利。

该渐缩喷管182和第一喉道184基本上形成对称于中心轴线252也是有好处的，该中心轴线252位于基本正交于第一边124并与弓线249共线。这一点有利于部分地保证槽导流过第一面和第二面120、122的电解液28保持等量。第二喉道188和渐扩喷管190设在基本对称于中心轴线254也是有好处的，该中心轴线位于正交于第二边126并与弓线249共线。这也有助于附加保证流过第一和第二面120、122的电解液28保持等量。但是，对于某些叶片形状，为了取得流过该面120和122的电解液28等量，对上述取向也可为不对称。

出口块198的引出道206最好是渐缩地接到套管202，用相对短的距离从相当长的出口192传输到循环的回液导管36。

由于密封垫228和234防止了从渐缩喷管182，第一喉道184、第二喉道188和渐扩喷管190漏泄，所以有助于为电解液28取得均匀径向流通断面。

本发明附加包括用于同时电化学加工工件12的台面132成为一个最终平台114的装置。图10、11和15表示了第一电极18的工作面158的一个底工作边（或台面）256，它基本上与密封垫228的一个外表面257共线。第二电极20的工作面172的一个第二底工作边（或台面）258，它基本上与密封垫234的一个外表面259共线。两个底边256、258适当地成为弓形与平台114的曲度相匹配。

图18表示围绕着底边258的电化学加工，和围绕着底边256的加工相同。所示的底边258是处于电化学加工开始前的位置，叶片100和平台114所示的是加工完了的位置。虚线所示为坯件14和台面132在加工刚开始前的初始位置，同样，虚线260是加工以后底边258的最终位置。

图18说明电解液28的一部分从加工空间186被径向向内槽导向台面132，然后轴向向外，其流向基本与该台面平行。底边258包括有一个角缘262，由它电化学加工在叶片100的根部112上的一个互补角缘264，该底边258同时加工叶片100的根部112和叶片圆盘12的平台114的一部分。

必须指出，电解液28起初从该第一边124横向流经坯件14而到达第二边126，如图17所示。因为底密封224和226不伸过加工部分186如图12和14所示，电解液28能够径向向加工空间186外部流出，然后横向流经底边256和258以加工平台132，如上所述。因此，电解液28从横向流转到径向流，然后横向地加工该台面132。

按照本发明的较佳实施例，设有转向装置以保证液流不致发生突变，这种突变会引起电解液28局部减少或缺乏。经验证明，电解液28供给不足时会发生不期望的打火或起弧，以及在坯件14中产生辉纹。

这种转向装置以图10-12和图15所示实施例更详细地加以说明。具体来讲，第一底密封224是定位在坯件14的入口侧或即上游。电解液28流过第一密封224的密封垫228后，必须从横向流转换到径向流，如图15所示，它流过密封垫228的下游端266。该转向装置包括具有一个内表面268的密封垫228，该表面268为弓形，并随着电解液流28的横向逐渐扩张，如图10、11所示，这一点在所示实施方案中是由具有厚度向下游方向递减的密封垫228实现。密封垫228连接到支持端229，该支持端229具有与密封垫228互补的形状，并且具有一部分与该垫的下游端266隔开而界限出一个第一间隙270。同样，该凹部232包括一个弓形部分272，它与内表面268互补，并被在该处隔开而界限出一个第二间隙274。

间隙270和274与渐缩喷管182液体相通，所以电解液28的一部分即被槽导通过这些间隙并流过各底边256和258，如图15所示。

因此，该转向装置包括该弓形内表面268和间隙270、274造成电解液28缓和地从横向流转换到坯件14的径向上流。这样就保证了供给充足的电解液28流经底台面256和258，特别是由此流过上流各终端，从而减少了诸如打火和产生辉纹。

此外，对于第二底密封226也设置了同样的转向装置，这对于电解液28有反向流之处特别需要，也就是它从第二边126横向地流到第一边124，也即与图17所示的流向相反，这是一个例子。

第二转向装置包括一个相似的弓形、渐扩的密封垫234的内表面276，和凹部236的互补形状的支持端235及弓形部分278。该转向装置也包括间隙280和282，分别界限在该垫234的一端284和支持端235及弓形部分278的一部分之间。间隙280、282与渐扩喷管190液流相通，因此，当电解液28的流向反转于图17所示方向时，包括内表面276和间隙280、282的装置对由横向到径向的流动提供同样的平滑转换。

当电解液28的流向如图17所示时，可见到垫228的内表面268逐渐开扩，而垫234的内表面276逐渐收缩（见图10、11和14）。在这种工作方式下，处于坯件14下游端的内表面276有助于电解液由靠近底边256和258处的工作空间186流到第二喉道188的平滑转换。

因此，一个单个叶片100和平台114的一部分即可用一道操作从工件12最后加工形成，而不需另加其它加工操作。当然，各叶片顶端11系按常规在组件上研磨以精确地配装于汽轮机外壳之内。对叶片圆盘的加工也采用常规的方法进行。

流过底边256、258的电解液28部分被汇集在排液口38以便打回到电解液供给槽32。当采用电极对18、20来加工一个叶片圆盘98时，对互相邻近的各坯件14（如图12中虚线所示），必须防止该电解液流过以避免所不需要的加工。因此，电极18、20可分别设置如图11所示合适的背面或后表面286和288，由它们提供容纳邻近各坯件14的空间。该后表面286、288适当地敷以常规的非导电材料，例如环氧树脂，以便籍此后表面286、288防止对邻近各叶片14产生不需要的加工。

尽管电极对18、20也可用来加工不在一个叶片圆盘上的各单独翼型坯件14，然而当它们用来作叶片圆盘98上各坯件14的加工时，该密封垫228和234具有降低漏泄过肩部116和118的电解液28流量的附加优点，否则将会发生电解液28从工作部分146、150之间漏泄出工作空间186。

为了进一步减少漏泄电解液28，密封垫228和234的各自外表面257和259分别被做成互补于肩部116和118的曲面的曲度以减小其间的间隙。在图15和17所示的实施例中，前述元件外表面的曲度相当小，并且在该图中是察看不到的。然而对相对小直径的工件12来讲，该曲度仍然相对地大且明显可见的。

密封垫228和234也提供了电气绝缘，可以防止对肩116和118发生不需要的加工，如果没有它们，就会发生这种现象。

由于喉道的宽度W₁和W₂在加工开始时相当大（图14和17），故大量电解液28从入口180横向经过坯件14流到出口190，而相对小量电解液28将围绕底边256和258流动。因此，设置了在引出道206提供背压的适当装置，以保证槽导一部分电解液28适当地流过底边256和258，用来加工该台面132。在本发明的一个实施例中，利用一个如图1所示的阀294即可取得合适的背压，该阀294串接在回液导管36上。适当调节该阀294，在引出道206处即可取得背压。

由具有圆周向空间分开的多个坯件14的工件12来形成叶片圆盘98的方法揭示如下：首先，第二转盘74将坯件14之一引导对准加工位置。该第三移动装置76将工件12移动到电极对。图15表示第一坯件14正要插到电极对间之前的位置。控制装置50协调第一和第二电极18、20和工件12在X，U，C和Z方向的运动，以将第一和第二电极18、20定位到贴近第一坯件14的第一和第二面120、122。然后籍电源装置30通过电缆46对第一坯件14加正电压，通过电缆48对第一和第二电极18、20提供负电压。电解液导引装置26实现将电解液28导流到坯件14的第一和第二面120、122与第一电极和第二电极18、20的工作面158、172之间，以便电化学加工该第一坯件。然后，控制装置50实现将第一和第二电极18、20以U和X方向移向第一坯件14的第一和第二面120、122，基本上正交地移动。同时，控制装置50将工件12以Z方向有效地移向第一和第二电极18、20。

该设备15实现电极18、20和工件12在X、U和Z方向的独立移动。但是，这样的移动系相互配合以维持坯件14和电极18、20之间的相对合适关系。此外，电极18、20可同时在第一转盘56上沿C方向一齐转动，于是配合电极18、20的向下运动提供扭曲作用，完成一个扭曲的坯件14。

在电化学加工期间，坯件14和电极18、20在X、U、Z和C方向协调地运动，以维持在工作面158和172与坯件14之间保持约8密耳的基本均匀空间，以便取得基本均匀地电化学加工而不发生所不期望的打火。按照本发明，具有X、U、Z、C和B五维运动方向的设备15系按照本发明构成的一台相对简单的设备，它同时运动电极对和工件12两者，精确地维持其间的相对位置，从而通过对一件坯件14进行单一操作即能完全地电化学加工出一个叶片。

在完成第一坯件14加工后，该控制装置50将电极18、20和工件12反向运动，从电极18、20当中撤出第一坯件14，并将工件12引向B方向置于邻近的第二坯件14的位置。然后，以对第一坯件14相同的方式对第二坯件14进行电化学加工。以后相继对其它各坯件14进行加工，直到将工件12最终形成叶片圆盘98为止。

本发明中实施例的最大特点便是把电解液28从第一边124以基本上沿圆周方向流经第一和第二面120、122导向第二边126。该第一和第二边124、126分别相应于或是前缘和后缘106、108，或是后缘和前缘108、106。按照本发明的一个较佳实施例，电解液28从第一边124被槽导向第二边126，以分别形成一个后缘108和一个前缘106。多次试验证明，如果电解液是从后缘108流向前缘106，则前缘106的尺寸得到较佳控制。

利用本发明构成的设备已精确地加工出具有半径约0.005吋的前缘106和后缘108。

本方法还可包括：加速电解液28流过渐缩喷管182;然后槽导电解液28流过第一喉道184，该喉道具有一个相当于渐缩喷管182最小截面的截面;然后，槽导电解液28沿着坯件14的第一和第二两个面120和122流通;然后，槽导电解液28流过具有相当于渐扩喷管190的最小截面的第二喉道188;以及然后槽导电解液28流过渐扩喷管190。

本方法还可包括：将第一和第二电极18、20相向移动，以致第一和第二喉道184、188的各部分进行电化学加工坯件14，从它的第一和第二边124和126上除去一些材料，从而实现最终被加工了的前缘106和后缘108，而且不需要任何其它加工操作即能完工。

本方法还包括：槽导一部分电解液28从工作空间186经过底边256和258以及在坯件14的基底130与第一和第二电极18、20之间，以电化学加工工件12的台面132形成该叶片圆盘98的平台114。

在这里已经阐述的本发明中较佳实施例的构思，都将会导出在本技术领域有关这方面的其它修改。

所以，期望保证在待审定的权利要求中所有诸如上述产生的修改都将属于本发明的构思范围。例如，尽管本文公开的密封装置是固定地接到一个电极并叠盖在另一个电极上，而它们可变为相对地支持。此外，由于利用了基本上互补的电极18、20，所以在一个电极上的特征可以被另一个电极上的特征所代换，例如工作面158和172的具体形状即是。还有，除翼型形状以外的其它形状也能按照本发明进行加工。

此外，电解液28也能从后缘流到前缘或相反流动，或是在其间交变方向地流动;并因此该入口块194和出口块198的流动功能关系可以根据第一和第二电极18、20的关系相交换。

再者，本发明可用于加工轴向相邻级联的多个叶片圆盘（也即两个叶片圆盘整体形成）上的各叶片。但是，在这种结构中，在各叶片圆盘之间的空间可能相对地小，因此不允许电极对介乎其间。故在本发明的另一实施例中，可以省去出口块198、密封垫234和大部分渐扩面162、176，以适应在叶片圆盘中间的空间，以一简单的电气绝缘块（G～10材料）代替上述这些元件，该绝缘块可固定到电极之一上并叠盖在其上，以便往复运动另一个电极，在其间形成一个予定大小的径向间隙。该绝缘块造成电解液流过间隙，该间隙变成第二喉道188的引出口。该间隙提供受控制的背压，代替阀294的作用，并且放出的电解液被汇集到排液口38，代替回流导管36。这个实施例允许一对更短小的电极安置在两个级联叶片圆盘之间，该绝缘块同样地可以防止该第二叶片圆盘所不期望的加工，因为它是一个电绝缘体。

Claims (18)

1、一对电极，用于电化学加工一个加工坯件形成一个叶片，该坯件具有相反面的第一和第二面，这些面是由一个径向内基底、一个径向外顶部、一个第一边和一个第二边所确定所述电极对包括：

一个导电的第一电极，它具有一个支持部分和一个用于电化学加工所述坯件第一面的工作部分，所述工作部分具有一个入口端和一个出口端；

一个导电的第二电极，它具有一个支持部分和一个用于电化学加工所述坯件第二面的工作部分，所述工作部分具有一个入口端和一个出口端；

所述第一和第二电极能够围绕所述坯件定位，以便在所述第一和第二电极的各工作部分的入口端和出口端之间分别限定出一个入口和一个出口；

电解液导引装置，用于将电解液从所述入口导向所述出口，所述导引装置的各部分至少被固接于所述第一和第二电极之一个上；

密封装置，用于将所述第一和第二两电极的各工作部分密封成实质上防止电解液由入口和出口漏泄，该装置的各部分被固接于至少所述第一和第二电极之一上。

2、按照权利要求1所述的一对电极，其中：

所述的电解液导引装置包括：一个非导电入口块被固接于所述第二电极上，所述入口块具有一个引入道，它可被调准限定在所述第一和第二电极之间的所述入口处;以及

一个非导电的出口块被固接于所述第一电极上，所述出口块具有一个引出道，它可被调准限定在所述第一和第二电极之间的所述出口处;

所述密封装置包括：一个入口密封，由所述入口块的密封部分所限定，与所述第一电极的所述入口端滑动啮合;

一个出口密封，由所述出口块的密封部分所限定，与所述第二电极的所述出口端滑动啮合。

3、按照权利要求2所述的一对电极，其中所述的密封装置还包括有：一个顶密封，为由一个非导体密封块固接于所述第一和第二电极之一上;以及一个互补的凹部设置在所述第一和第二电极的另一个上;所述顶密封能被定位在所述坯件的顶部之上。

4、按照权利要求1所述的一对电极，其中：

所述第一电极的所述工作部分包括从所述入口端到所述出口端顺序布置在该处的：一个渐缩面，第一喉面，一个工作面，第二喉面和一个渐扩面;

所述第二电极的所述工作部分包括从所述入口端到所述出口端顺序布置在该处的：一个渐缩面，第一喉面，一个工作面，第二喉面和一个渐扩面;以及

第一和第二工作部分能被定位成互相对面并限定出：一个在所述各渐缩面之间的渐缩喷管;在所述各第一喉面之间的第一喉道;在所述各工作面之间的一个工作空间，在此空间中可放置所述的坯件;一个所述各第二喉面之间的第二喉道;以及在所述各渐扩面之间的一个渐扩喷管。

5、按照权利要求4所述的一对电极，其中所述渐缩喷管的形状能使电解液沿所述坯件的第一边均匀流通。

6、按照权利要求4所述的一对电极，其中所述第一喉道的长度至少延伸到超过在开始初加工位置的所述坯件第一边的一部分，以便在电化学加工期间，籍电化学作用除去在所述坯件第一边上形成的任何突刺。

7、按照权利要求6所述的一对电极，其中所述第二喉道的长度至少延伸到超过在开始初加工位置的所述坯件第二边的一部分，以便在电化学加工期间，籍电化学作用除去在所述坯件第二边上形成的任何突刺。

8、按照权利要求4所述的一对电极，其中所述第二喉道的形状能使电解液均匀流过所述坯件的第二边。

9、按照权利要求4所述的一对电极，其中所述第一喉道具有第一流通面积;所述第二喉道具有第二流通面积;并且所述第一流通面积比第二流通面积较大，以使流过所述坯件第二边的液流均匀。

10、按照权利要求4所述的一对电极，其中所述渐缩喷管和所述第一喉道具有第一中心线正交对准于所述坯件的第一边，以及所述渐扩喷管和所述第二喉道具有的第二中心线正交对准于所述坯件的第二边。

11、按照权利要求4所述的一对电极，其中所述第一电极的工作面具有一基本正交的底部工作边，以及所述第二电极的工作面具有一基本正交的底部工作边，所述各底部工作边可被定位于贴近所述坯件的基底，以便电化学加工所述的基底。

12、按照权利要求11所述的一对电极，其中还包括导引在所述渐扩喷管中的所述电解液形成背压的装置，以将部分所述电解液导流过所述底部工作边，实现电化学加工所述的基底。

13、按照权利要求11所述的一对电极，其中还包括：第一底部密封，用于阻止电解液从所述渐缩喷管和所述第一喉道径向向外漏泄;以及第二底部密封，用于阻止电解液从所述第二喉道和所述渐扩喷管径向向外漏泄。

14、按照权利要求13所述的一对电极，其中每个所述第一和第二底部密封包括：一个密封垫固接在该电极对之一上;以及一个互补的凹部位于该电极对的另一极上，用于接受所述密封垫从而形成密封啮合。

15、按照权利要求14所述的一对电极，其中所述第一底部密封设置在相对于所述第二底部密封的上游位置;以及还包括有转向装置，它包括所述第一底部密封的所述密封垫的一个弓形渐扩的内表面，用于使电解液从横向流转换成径向流而流过各所述底部工作边。

16、按照权利要求15所述的一对电极，其中所述转向装置还包括有间隙，形成在所述第一底部密封的部分密封垫与电极对之间，用于导引流到该处的电解液流过所述底部工作边。

17、按照权利要求4所述的一对电极，其中所述第一和第二电极的每个工作部分各包括一背后的表面，设置在所述相应工作面的相反面，并且所述坯件是工件上多个坯件之一，所述各电极可定位在所述各坯件上，所以所述的背后的表面把所述工件的相邻各坯件空间地分开。

18、按照权利要求17所述的一对电极，其中所述背后的表面包括非导电外层。

Images