JP7390087B2 - フレキシブル電極動的変形電解加工方法及びその使用 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル電極動的変形電解加工方法及び応用に関し、電解加工の技術分野に属する。

ブリスク類部品は、通常のブレードほぞ歯とハブほぞ溝にロッキングプレートを加えた結合構造の代わりに、ブレードとハブを一体化することにより、部品の数量を減少し、航空エンジンの重量を軽減し、エンジンの作動効率を向上させるものである。航空エンジンにおけるコア部品として、ブリスク加工製造の品質の良し悪しは、航空エンジン全体の性能に直接影響する。ブリスクは、ブレードの最上部のチップシュラウド構造の有無によって、開放型ブリスクと閉鎖型ブリスクに分けられ、閉鎖型ブリスクは、ブレードの最上部に全周のチップシュラウド構造を増加させ、ブレードの震えを効果的に抑制し、作動物質の流動損失を減少し、ブリスクの全体的強度と剛性を向上させることができ、そのため、閉鎖型ブリスクは、航空航天分野での応用が増加しつつある。

しかし、それは、構造が複雑で、翼型がねじれており、通常は超合金などの難加工材料を採用するなどの特徴があるため、加工製造に大きな困難をもたらしている。現在では、閉鎖型ブリスクの製造技術は主に従来の機械加工、精密鋳造、放電加工及び電解加工などを含む。

特許「高精度閉鎖型ブリスク成形方法」（出願番号：２０１２１０５８８２１８．４、出願人：中国人民解放軍総参謀部第六十研究所、発明者：呉高強、石小紅、丁磊、荘震宇、崔巍）において、閉鎖型ブリスクをカバープレート、ブレード、シャーシに分割し、ウォータージェットによる切断、旋削、研削などの加工プロセスで加工を完了し、真空ろう付けを採用して一体に溶接し、溶接後に応力除去時効処理を行い、更に機械加工を行い、完成品に加工し、該方法は、加工精度が高く、加工プロセスの制御が容易であるという利点がある。

特許「閉鎖型インペラインベストメント精密鋳物流路寸法の制御方法」（出願番号：２０１９１１２０６７３３．Ｘ、出願人：西安航天エンジン有限公司、発明者：楊歓慶、王琳、高懐勝、紀艶卿、呉暁明、陳鵬栄）において、提案された流路寸法制御方法は、閉鎖型インペラインベストメント精密鋳物流路寸法の精度が悪いという問題を解決し、製品の水力学的性能の指標を向上させ、製品の試作期間を節約し、製造コストを低減させた。

特許「小隙間閉鎖型アルミニウム合金インペラ選択的レーザ溶融成形方法」（出願番号：２０１９１０５５０７７５．９、出願人：西安航天エンジン有限公司、発明者：李護林、楊歓慶、王雲、王琳、雷鑰）において、プロセス事前補償を採用して除去を容易にする柱状支持を添加し、内流路寸法精度、形状精度と表面粗さを保証し、小隙間閉鎖型アルミニウム合金インペラ全体の増材製造を可能にした。

特許「閉鎖型インペラ及びその成形方法」（出願番号：２０１８１１５４６２４２．５、出願人：蘇州大学、発明者：石拓、陳磊、石世宏、魯健、傅戈雁）において、光内送粉レーザ溶着成形技術を採用し、斜め方向のブレード堆積及びブリッジ成形により、位置干渉の問題を効果的に回避し、ブレードの堆積箇所及びブリッジ箇所の形状を良好にすることができる。

特許「閉鎖型インペラ放電加工装置及び加工方法」（出願番号：２０１６１１２０８１９８．８、出願人：北京市電加工研究所、発明者：李艶伏、金娟、楊立光、郭妍、于帆）において、複数の予備加工電極が円周状に配列されており、予備加工電極の数が加工すべき閉鎖型インペラの流路の数と同じであり、また、加工時の各予備加工電極は、加工すべき閉鎖型インペラの１つの流路入口に対応しており、従来の技術において、閉鎖型インペラは流路毎に個別に加工されており、加工効率が低いという課題を解決した。

電解加工は、陽極溶解の原理に基づいて成形陰極によって、ワークを一定の形状と寸法に応じて加工して成形するプロセス方法である。それは、材料の力学的性質に左右されない性質を持つため、マクロ応力が発生せず、ツールロスがなく、材料除去率が高いなどの利点があり、電解加工は、航空宇宙、自動車、兵器などの分野で広く応用されており、特に航空エンジンのブリスク類部品の加工製造において、電解加工は、すでにブリスク類部品の加工製造の主要な加工プロセスの一つとなっている。

現在では、ブリスクの電解加工工程は、主に翼列チャンネル粗加工とブレードプロファイル仕上げの２つのステップを含む。多くの学者と研究者は、ブリスク翼列チャンネルの電解加工とブリスクブレードプロファイルの電解加工に大量の研究を行った。ブリスクブレードチャンネル電解加工方法は主に、ネスティング電解加工、径方向給送電解加工と数値制御電解加工を含む。ブリスク翼列プロファイル電解加工方法は主に、２つの成形陰極の対向給送によってブレードプロファイルを加工成形する。

特許「ブリスク電解溝用電極とブリスク電解溝切り加工方法」（出願番号：２０１４１０５１３０９７．６、出願人：瀋陽黎明航空エンジン（集団）有限責任公司、発明者：王徳新、朱海南、于氷、盛文娟）において、ネスティング電解加工の方式によって、溝加工後の残量の均一性を高めた。

特許「ブリスク電解溝加工環状電極及びプロセス方法」（出願番号：２０１２１０３６７００２．５、出願人：瀋陽黎明航空エンジン（集団）有限責任公司、発明者：朱海南、楊澗石、于氷、李偉）において、ネスティング電解加工の方式によって、ブリスクの弦幅が広く、捩れ角の大きい翼型チャンネル溝の高効率加工を実現した。

特許「絶縁遮蔽ネスティング電解加工陰極システム及び加工方法」（出願番号：２０１７１０２０２４２９．２、出願人：南京航空航天大学、発明者：朱棟、胡興▲えん▼、朱荻）において、浮遊電流によるワーク表面の二次腐食を効果的に減少し、加工されたプロファイルの表面品質を改善する絶縁遮蔽ネスティング電解加工陰極システム及び加工方法を提供した。

文章「翼列チャンネル加工可能性解析に基づくブリスク径方向電解加工陰極設計及び実験」（著者：孫倫業、徐正揚、朱荻、中国機械工学、２０１３年０９期）において、径方向電解加工方法を提案し、同時に、コンケイヴ、コンベックス及びハブプロファイル成形を両立させ、高精度と高効率加工を実現した。

特許「直線と回転の複合給送が可能なブリスク電解加工ツール及び方法」（出願番号：２０１４１００１３２４９．６、出願人：南京航空航天大学、発明者：徐正揚、張聚臣、劉嘉、朱棟、朱荻）において、成形陰極の径方向給送加工プロセスにおける複合回転運動を提案し、プロセスの適用性を高めることができ、プロファイルのねじれが複雑な翼列チャンネルを加工し、翼列チャンネルの加工精度とレベルを高めることができる。

特許「空間回転給送複合ワーク斜め揺動ブリスク電解加工方法」（出願番号：２０１４１０４５７１３０．８、出願人：南京航空航天大学、発明者：朱棟、谷洲之、劉嘉、方忠東、徐正揚、朱荻）において、ツール空間で複合ワークを回転給送して斜めに揺動させる方式でブリスク翼列チャンネル電解加工を完了することを提案し、翼列チャンネル加工の残量差を著しく減少させ、ブリスク翼列チャンネルの加工精度を向上させた。

特許「非等速二回転可変加工刃陰極ブリスク電解加工方法」（出願番号：２０１９１０７５６９３０．２、出願人：南京航空航天大学、発明者：徐正揚、王▲けい▼、朱荻）において、陰極の加工刃を可変幅加工刃として設計し、これを駆動してシミュレーション軌跡に沿って一方向に可変速回転して径方向に給送し、シミュレーションにより最適化されたパラメータに基づいて、陰極変向可変速回転と協働してブランクを駆動し、ブランク上に翼列チャンネルを形成し、加工残量分布の均一性を向上させた。

特許「大ねじれブレードブリスクを電解加工する内腔可変ツール陰極」（出願番号：２０１９１０３２６８９６．５、出願人：安徽理工大学、発明者：孫倫業陳浩王暉）において、大ねじれブレードブリスクを電解加工する内腔可変ツール陰極を提案し、大ねじれ可変断面ブリスクブレードを加工するために用いられる。

特許「ブリスク電解加工方法」（出願番号：２０１８１１１２８１５１．Ｘ、出願人：中国航空製造技術研究院、発明者：黄明涛、張明岐、程小元、傅軍英）において、ツール陰極の径方向給送を利用して翼列チャンネルを加工した後、ブリスクを時計回り、反時計回りに回転させ、ツール陰極に近づけて電解仕上げを行うことを提案した。

文章「大直径一体的インペラの分歩法電解加工技術と試験」（著者：王福元、徐家文、趙建社、航空学報、２０１０年１２期）において、分歩法数値制御電解加工を提案し、ブレード加工をコンケイヴ加工、コンベックス加工、翼根加工の３つの工程に分け、電解加工を行った。

特許「多電極らせん給送一体的インペラブレード間の流路電解加工方法」（出願番号：２００９１００２５８３４．７、出願人：南京航空航天大学、発明者：朱荻、徐慶、徐正揚）において、ツール陰極とワーク陽極との間の多次元補間運動により、簡単な形状の管状電極を利用して翼列チャンネルを加工した。

特許「三次元複合流場に基づくブリスクプロファイル電解加工装置及び方法」（出願番号：２０１３１０４５３４４０．８、出願人：南京航空航天大学、発明者：劉嘉、万龍凱、徐正揚、朱棟）において、提案された三次元複合流場は、流路突然変異領域の流体の圧力を効果的に高め、流場の到達性を改善し、同時に該電解加工装置は、電解液の流場の安定性を保証し、電解液の外部への流出を防止し、外部の干渉を遮断し、ブリスクプロファイルの安定した加工を実現した。

ブリスクは、開放型ブリスクと閉鎖型ブリスクに分けられ、その中で軸流式、ガイド式、遠心式ブリスクなどの多種類に細分することができ、これは、電解加工方法と機器に対して更に高い要求を出している。ブレードプロファイルが複雑にねじれているブリスクの場合、それに対応して電解加工陰極の設計も複雑であり、陰極の設計を簡略化することができれば、簡単な形状の陰極で複雑なプロファイルを加工すると同時に加工精度を保証することができれば、ブリスクの電解加工効率を大幅に向上させ、準備期間を短縮し、加工コストを減少させることは間違いない。そのため、本発明は、フレキシブル電極動的変形電解加工方法を提供する。

本発明の目的は、陰極の設計を簡略化し、簡単な形状の電極によって、閉鎖型ブリスクのような複雑なプロファイルを加工し、電解加工効率を向上させ、加工精度を確保し、フレキシブル電極動的変形電解加工方法及び応用を提供することにある。

フレキシブル電極動的変形電解加工方法であって、その特徴は、以下のプロセスを含むことにある。

耐食性に優れ、且つ一定の剛性を有するが、相応な負荷を印加する時に屈曲変形が可能で、負荷を除去する時に変形が回復する管状又は棒状金属を電解加工のツール電極として採用する。閉鎖型ブリスクのような複雑なプロファイルを加工する場合、ツール電極の側壁を加工面としてワークの複雑なプロファイル表面に沿ってスイープ式電解加工を行う。加工プロセスにおいて、ワークプロファイルの曲率変化特徴に基づき、異なる負荷を印加することによって、ツール電極が給送すると同時に動的変形し、その変形後の形状がワークプロファイルラインの数学モデルに近似し、それにより、加工されたワークプロファイルを理想的なプロファイルに近づける。

上記フレキシブル電極の動的変形は、その特徴は、以下のプロセスを含むことにある。

ステップ１、加工ワークの基準プロファイルサンプリングデータに基づき、フレキシブル電極変形曲率とワークプロファイル曲率との関係を確立し、数学モデル確立プロセスは、以下の通りである。

ステップ１－１、加工されるワークプロファイルをサンプリングし、ｃｏｓθ法を応用してその電解加工成形規律を研究し、且つ実際の加工隙間内の複雑な電界に対して簡略化と近似処理を行い、主に以下の仮定に基づく。
（１）電流線方向に沿って電位勾配が変化せず、すなわち、同一電流線上で電界強度が同一であり、
（２）陽極等電位面から陰極等電位面まで電位が徐々に減少し、等電位面が電流線と直交し、
（３）加工隙間内での電解液の導電率が均一に分布する。

ステップ１－２、簡略化近似処理の後、オーム定律、ファラデー定律などの電解加工基本原理に基づき、成形規律に関する連立方程式を取得する。

式において、Ｕ_Ｒは、隙間電解液における電圧降下であり、Ｕは、陰、陽極の間の電圧であり、δＥは、陰、陽極電極の電位値の総和であり、ｉは、電流密度であり、κは、電解液の導電率であり、Δは、加工隙間であり、ｖ_ａは、ワークの電解速度であり、ηは、電流効率であり、ωは、体積電気化当量である。

ステップ１－３、電解加工がバランス状態に達する場合、電界パラメータは、もはや時間とともに変化せず、空間位置の関数に過ぎず、すなわち隙間電界は、定常電界であり、オーム定律とファラデー定律に基づいてワーク電解速度ｖ_ａに関する基本方程式を確立する：ｖ_ａ＝ｖｃｏｓθ、連立方程式から、加工隙間Δの計算式を導き出す。

式において、ｖは、陰極給送速度であり、θは、ワークプロファイル法線方向と陰極給送方向との夾角であり、Δ_ｂは、バランス加工隙間である。

ステップ１－４、本発明においてツール陰極は、細長い管状又は棒状電極であり、スイープ式電解加工を行うので、ツール陰極を１つの二次元曲線に簡略化することができ、曲線のスイーププロセスは、すなわち加工されるワークプロファイルである。図２は、ツール陰極座標系確立の概略図であり、フレキシブル電極動的変形プロセスにおいて、フレキシブル電極（陰極）各点と対応するワークプロファイルサンプリング点との座標関係は、以下のとおりである。

式において、ｘとｙは、ツール陰極プロファイル上のある点の座標値であり、ｘ_ａとｙ_ａは、対応するワークプロファイルサンプリング点の座標値であり、αとβは、それぞれワークプロファイルサンプリング点と座標軸ＸとＹとの夾角である。

ステップ１－５、取得されたツール陰極プロファイルの座標値を多項式フィッティングし、ｘとｙの関数関係を取得する。

式において、Ｋは、多項式の次数であり、ｔ_０，・・・，ｔ_Ｋは、多項式の係数、Ｔと表記する。

ステップ１－６、曲率式とステップ１－５で取得されたｙとｘとの関数関係に基づき、フレキシブル電極動的変形プロセスにおけるフレキシブル電極（陰極）各点の曲率を得る。

式において、ｙ（ｘ）’は、ｙ（ｘ，Ｔ）の一次微分であり、ｙ（ｘ）’’は、ｙ（ｘ，Ｔ）の二次微分である。

ステップ２、フレキシブル電極の変形曲率と負荷との関係を結合して、フレキシブル電極動的変形スイープ式電解加工プロセスに必要とする負荷の大きさを決定することができ、フレキシブル電極変形曲率と負荷との関係は、以下の数学モデルによって確立される。

ステップ２－１、ツール陰極の取り付けが完了した後に、一端が固定端拘束であり、一端がヒンジされ、長さがｌの単純支持ばりモデルに簡略化することができ、その境界条件は、ヒンジ箇所で拘束条件は撓みが０で、ツール陰極の長さ方向をＸ軸とし、ツール電極の断面の長手方向をＹ軸とする座標系を確立する。

ステップ２－２、純屈曲変形と横力屈曲変形が剪断応力を無視する場合、曲げモーメントと曲率との間の関係式は、１／ρ（ｘ）＝Ｍ（ｘ）／ＥＩであり、ここでρは、曲率であり、Ｍは、印加される負荷であり、Ｅは、材料の弾性率であり、Ｉは、慣性モーメントであり、ＥＩは、その曲げ剛性であり、計算して撓み曲線の近似微分方程式：ｄ^２ｗ／ｄｘ^２＝Ｍ／ＥＩを得ることができ、ここでｗは、撓みである。

ステップ２－３、横断面の元の位置に対する角変位は、該断面の回転角と呼ばれ、回転角の方程式：
に基づいて、ＥＩｗ’＝∫Ｍ（ｘ）ｄｘ＋Ｃを計算し、ここでγは、回転角であり、ｗ’は、撓みの一次微分であり、Ｃは、積分定数である。

ステップ２－４、上式を積分して撓み方程式
を得ることができ、さらにＥＩｗ＝∬（Ｍ（ｘ）ｄｘ）ｄｘ＋Ｃｘ＋Ｄに簡略化し、ここでｗは、撓みであり、Ｃ、Ｄは、積分定数である。

ステップ２－５、境界条件を上式に代入すると、撓み方程式
を得ることができ、ここで、Ｍは、印加される負荷であり、ｌは、ツール電極の長さであり、ｘは、ツール電極の任意の点の横座標である。

ステップ２－６、曲率式に基づき、その任意の点での曲率
を得ることができ、ここで、
ｗ’は、撓みの一次微分であり、ｗ’’＝Ｍｘ／ＥＩｌ、ｗ’’は撓みの二次微分である。

ステップ３、加工ワークの基準プロファイルサンプリングデータに基づいて確立されたフレキシブル電極変形曲率とワークプロファイルのモデルは、加工プロセスにおいてフレキシブル電極曲率に対応するワークプロファイルの変化を取得し、さらにフレキシブル電極変形曲率と負荷との関係から、加工プロセスにおけるフレキシブル電極の負荷の変化を取得する。

２つのモデルを結合して印加負荷を計算し、フレキシブル電極がスイープ式加工プロセスにおいて、加工ワーク基準プロファイルに貼合わせられる動的変形を実現するようにする。

フレキシブル電極形状は、簡単な管状又は棒状であり、フレキシブル電極変形曲率とワークプロファイル曲率との関係及びフレキシブル電極変形曲率と負荷との関係を確立することによって、フレキシブル電極がスイープ式電解加工においてワークプロファイルに貼合わせられる動的変形を実現し、加工された後のワークプロファイルを理想的なプロファイルに近づける。陰極の設計を簡略化し、複雑なプロファイルワーク加工の加工効率を向上させる。

上記フレキシブル電極動的変形電解加工方法、その流場の特徴は、ツール電極が加工プロセスでの変形と変位のため、加工プロセスにおいて液不足領域の不利な現象が現れるのを避けるため、電解液の流れる形式は、側流式に設計され、流場は、開放型又は半閉鎖型流場であり、電解液供給装置を加えることにより、電解液がツール陰極の軸線方向に沿って流れるようにすることにある。

上記フレキシブル電極動的変形電解加工方法が可変断面プロファイルを有する部品加工に使用され、その特徴は、ツール電極と加工ワークを取り付け、その位置関係を合理的に調整し、加工される可変断面プロファイルの曲率変化特徴に基づき、異なる負荷を印加し、ツール電極がスイープ式加工プロセスにおいて、基準プロファイルに貼合わせられる動的変形を実現することにより、加工されたワークプロファイルを理想的なプロファイルに近づけ、可変断面プロファイルを有する部品加工を完了することにある。

上記フレキシブル電極動的変形電解加工方法が可変断面プロファイルを有する部品加工に使用され、その特徴は、具体的には、閉鎖型ブリスク加工に応用され、閉鎖型ブリスクブランクをブレードの分布位置に応じて、ブレードの数量が等しいストレート孔を予め開き、ツール電極の取り付けを容易にし、予備穿孔されたストレート孔の中で、フレキシブル電極の制御可能な動的変形のスイープ式電解加工方式によって、閉鎖型ブリスクの複雑なねじれチャンネルを加工したことにある。

上記フレキシブル電極動的変形電解加工方法が可変断面プロファイルを有する部品加工に使用され、その特徴は、具体的には、閉鎖型ブリスク翼列チャンネル電解加工に応用され、ツール電極（２）が陰極挟持軸（１）によって加工軸上に接続され、加工軸の空間運動によってツール電極（２）の運動を動かし、且つ相応な負荷を印加し、閉鎖型ブリスク加工ワーク（３）がワーク回転ステージ（４）上に取り付けられ、ワーク回転ステージ（４）によって閉鎖型ブリスク加工ワーク（３）の回転移動を動かし、ツール電極（２）と閉鎖型ブリスク加工ワーク（３）の複合運動によって、電解加工隙間を制御し、ツール電極（２）の側壁を加工面として、ワークの複雑なプロファイル表面に沿って行われるスイープ式電解加工を実現することにある。

従来技術に比べて、本発明は、以下の著しい利点を有する。
（１）フレキシブル電極動的変形電解加工方法を提供する。耐食性に優れ、一定の剛性を有し、相応な負荷を印加する時に屈曲変形が発生できる金属材料を選択し、細長い管状又は棒状フレキシブルツール電極を作製し、加工時、ツール電極の側壁を加工面としてワークの複雑なプロファイル表面に沿ってスイープ式電解加工を行い、ワークプロファイルの曲率変化特徴に基づき、異なる負荷を印加することによって、ツール電極が給送すると同時に動的変形し、それにより閉鎖型ブリスク等のような可変断面を有する複雑なプロファイルの電解加工を実現する。
（２）閉鎖型ブリスクの電解加工方法を提供する。フレキシブル電極動的変形電解加工を閉鎖型ブリスクの加工に応用する。閉鎖型ブリスクブランクをブレードの分布位置に応じて、ブレードの数量が等しいストレート孔を予め開き、フレキシブル電極のストレート孔を通した取り付けを容易にし、予備穿孔されたストレート孔の中で、フレキシブル電極の制御可能な動的変形のスイープ式電解加工方式によって、閉鎖型ブリスクの複雑なねじれチャンネルを加工した。
（３）ツール電極の可撓性が高く、その動的変形は、加工精度を確保することができる。本発明によって設計された陰極は、耐食性に優れ、一定の剛性と延性を有する金属材料を選択し、相応な負荷を印加する時に屈曲変形が発生することができ、負荷を除去する場合、ツール電極が跳ね返り、変形が回復する。加工プロセスにおいて、ワークプロファイルの異なる位置の曲率変化特徴に基づき、異なる負荷を印加し、ツール電極が給送プロセスでの異なる位置に相応な動的変形が発生するようにすることにより、加工されたワークプロファイルを理想的なプロファイルに近づけ、加工精度を確保する。
（４）陰極設計を簡略化し、陰極加工が簡単で容易である。本発明で設計された陰極形状は、細長い管状又は棒状であり、ネスティング電解加工及び径方向給送電解加工と比べて、陰極設計が簡単で、製作しやすく、陰極が損傷された後に交換しやすく、陰極の製作周期を短縮し、時間コストを低減させ、加工効率を向上させる。
適用範囲が広く、ブレードプロファイルの簡単な等断面ブレードを加工することができる以上、ブレードプロファイルの複雑な可変断面ブレードを加工することもできる。本発明の陰極は、フレキシブル変形が可能な細長い管状又は棒状ツール電極であり、加工ワークプロファイルの違いに応じて、そのプロファイル曲率変化特徴に応じて、異なる負荷を印加することができ、ツール電極に異なる変形を生じさせることにより、電解加工を行うことができる。なお、フレキシブル電極の直径を可能な限り減少することができ、狭いチャンネルの加工要件を確保することができる。

図１は、ｃｏｓθ法の電解加工成形規律の概略図である。 図２は、ツール陰極座標系確立の概略図である。 図３は、初期位置の電解加工原理の概略図である。 図４は、加工時の電解加工原理の概略図である。 図５は、フレキシブル電極変形原理の概略図である。

以下では、添付図面を結び付けて閉鎖型ブリスク翼列チャンネル電解加工を例として対本発明の具体的な実施プロセスを詳細に紹介する。

図３に示すように、閉鎖型ブリスク翼列チャンネル電解加工を例として、本発明の「フレキシブル電極動的変形電解加工方法」を実施する装置は、主に陰極挟持軸１、ツール電極２、閉鎖型ブリスク加工ワーク３、ワーク回転ステージ４からなる。

本発明の運動形式は、図４に示すように、ツール電極２が陰極挟持軸１によって加工軸上に接続され、加工軸の空間運動によってツール電極２の運動を動かすとともに、相応な負荷を印加し、閉鎖型ブリスク加工ワーク３がワーク回転ステージ４上に取り付けられ、ワーク回転ステージ４によって閉鎖型ブリスク加工ワーク３の回転移動を動かし、ツール電極２と閉鎖型ブリスク加工ワーク３の複合運動によって、電解加工隙間を制御し、ツール電極２の側壁を加工面として、ワークの複雑なプロファイル表面に沿って行われるスイープ式電解加工を実現する。

本発明のツール電極２の製造。ツール電極２は、耐食性に優れ、一定の剛性と延性を有する金属材料を選択し、相応な負荷を印加する時に屈曲変形が発生することができ、負荷を除去する場合、ツール電極が跳ね返り、変形が回復し、形状は、細長い管状又は棒状である。

本発明の閉鎖型ブリスク加工ワーク３の製造。閉鎖型ブリスク加工ワーク３は、電解加工前に、まず機械加工方法によってブレードの数量が等しい貫通孔を予め開く必要があり、貫通孔の幅は、ツール電極２の直径よりも大きい。

ツール陰極が加工プロセスでの変形と変位のため、加工プロセスにおいて液不足領域の不利な現象が現れるのを避けるため、本発明の電解液の流れる形式は、側流式に設計され、流場は、開放型流場であり、すなわち、電解液供給装置を加えることにより、電解液がツール陰極の軸線方向に沿って流れる。

本発明の電解加工閉鎖型ブリスク翼列チャンネルを採用するプロセスには以下の１０つのステップを必要とする。

ステップ１：閉鎖型ブリスク加工ワーク３をワーク回転ステージ４上に取り付け、閉鎖型ブリスク加工ワーク３を電解加工電源正極に接続する。

ステップ２：多軸連動を実現可能な加工軸上に２つの陰極挟持軸１を立設し、加工軸を電解加工電源負極に接続する。

ステップ３：加工軸の運動によって２つの陰極挟持軸１を移動させ、陰極挟持軸の軸線と閉鎖型ブリスク加工ワーク３が開いたあるストレート孔とが重なり合うようにし、「陰極挟持軸１－閉鎖型ブリスク加工ワーク３－陰極挟持軸１」の「上－中－下」の形式を呈する。

ステップ４：ツール電極２が閉鎖型ブリスク加工ワーク３の貫通孔を貫通し、両端がそれぞれ２つの陰極挟持軸１に接続され、接続時、ツール電極２の下端が固定端拘束であり、上端がヒンジ拘束である。

ステップ５：前に取り付けられた部品の位置を検出して照合する。

ステップ６：加工軸とワーク回転ステージ４との対向運動によって、ツール電極２を翼列チャンネルコンケイヴ箇所の初期位置に移動させる。

ステップ７：加工軸は、設定されたコンケイヴ面パラメータの下で給送され、初期負荷を印加し、ツール電極２は、相応な屈曲変形が発生して所定の初期形状に達する。

ステップ８：電解液を通し、電解加工電源を入れ、ツール電極２は、加工軸３の牽引で閉鎖型ブリスク加工ワーク３の径方向に沿って運動するとともに、加工軸は、設定されたコンケイヴ面パラメータの下で、ツール電極２に負荷を印加し、ツール電極２に動的変形を発生させ、閉鎖型ブリスク加工ワーク３は、ワーク回転ステージ４の牽引で回転し、それにより複合運動が発生し、最終的に翼列チャンネルコンケイヴ面の加工を完了する。

ステップ９：コンケイヴ面の加工が終了し、電解加工電源を切断し、電解液の供給を停止し、負荷を除去し、ツール電極２の変形が回復して翼列チャンネルコンベックス箇所に移動し、加工軸は、設定されたコンベックス面パラメータの下で、ツール電極２に初期負荷を印加し、ツール電極２は、相応な屈曲変形が発生して所定の初期形状に達し、電解液を通し、電解加工電源を入れ、ツール電極２は、加工軸の牽引で閉鎖型ブリスク加工ワーク３の径方向に沿って運動するとともに、加工軸は、設定されたコンベックス面パラメータの下で、ツール電極２に負荷を印加し、ツール電極２に動的変形を発生させ、閉鎖型ブリスク加工ワーク３は、ワーク回転ステージ４の牽引で回転し、それにより複合運動が発生し、最終的に翼列チャンネルコンベックス面の加工を完了する。

ステップ１０：加工が終了し、電解加工電源を切断し、電解液の供給を停止し、負荷を除去し、ツール電極２の変形が回復して次のストレート孔に交換し、閉鎖型ブリスク加工ワーク３の全ての翼列チャンネル電解加工が完了するまで、以上のステップを順次循環する。

１、陰極挟持軸、
２、ツール電極、
３、閉鎖型ブリスク加工ワーク、
４、ワーク回転ステージ。

Claims (5)

1. 以下のプロセスを含むフレキシブル電極動的変形電解加工方法であって、
   耐食性で、剛性要求を満たすが、相応な負荷を印加する時に屈曲変形が可能で、負荷を除去する時に変形が回復する管状又は棒状金属を電解加工のツール電極として採用し、
   複雑なプロファイルを加工する時に、ツール電極の側壁を加工面としてワークの複雑なプロファイル表面に沿ってスイープ式電解加工を行い、加工プロセスにおいて、ワークプロファイルの曲率変化特徴に基づき、異なる負荷を印加することによって、ツール電極が給送すると同時に動的変形し、その変形後の形状がワークプロファイルラインの数学モデルに近似し、それにより、加工されたワークプロファイルを理想的なプロファイルに近づけ、
   具体的には、
   ステップ１、加工ワークの基準プロファイルサンプリングデータに基づき、フレキシブル電極変形曲率とワークプロファイル曲率との関係を確立し、数学モデル確立プロセスは、以下の通りであり、
   ステップ１－１、加工されるワークプロファイルをサンプリングし、ｃｏｓθ法を応用してその電解加工成形規律を研究し、且つ実際の加工隙間内の複雑な電界に対して簡略化と近似処理を行い、主に以下の仮定に基づき、
   （１）電流線方向に沿って電位勾配が変化せず、すなわち、同一電流線上で電界強度が同一であり、
   （２）陽極等電位面から陰極等電位面まで電位が徐々に減少し、等電位面が電流線と直交し、
   （３）加工隙間内での電解液の導電率 が均一に分布し、
   ステップ１－２、簡略化近似処理の後、オーム定律、ファラデー定律電解加工基本原理に基づき、成形規律に関する連立方程式を取得し、
   式において、Ｕ _Ｒ は、隙間電解液における電圧降下であり、Ｕは、陰、陽極の間の電圧であり、δＥは、陰、陽極電極の電位値の総和であり、ｉは、電流密度であり、κは、電解液の導電率であり、Δは、加工隙間であり、ｖ _ａ は、ワークの電解速度であり、ηは、電流効率であり、ωは、体積電気化当量であり、
   ステップ１－３、電解加工が平衡状態に達する場合、電界パラメータは、もはや時間とともに変化せず、空間位置の関数に過ぎず、すなわち隙間電界は、定常電界であり、オーム定律とファラデー定律に基づいてワーク電解速度ｖ _ａ に関する基本方程式を確立し、ｖ _ａ ＝ｖｃｏｓθ、連立方程式から、加工隙間Δの計算式を導き出し、
   式において、ｖは、陰極給送速度であり、θは、ワークプロファイル法線方向と陰極給送方向との夾角であり、Δ _ｂ は、バランス加工隙間であり、
   ステップ１－４、ツール陰極は、細長い管状又は棒状電極であり、スイープ式電解加工を行うので、ツール陰極を１つの二次元曲線に簡略化し、曲線のスイーププロセスは、すなわち加工されるワークプロファイルであり、そのため、フレキシブル電極動的変形プロセスにおいて、フレキシブル電極すなわちツール陰極各点と対応するワークプロファイルサンプリング点との座標関係は、以下のとおりであり、
   式において、ｘとｙは、ツール陰極プロファイル上のある点の座標値であり、ｘ _ａ とｙ _ａ は、対応するワークプロファイルサンプリング点の座標値であり、αとβは、それぞれワークプロファイルサンプリング点と座標軸ＸとＹとの夾角であり、
   ステップ１－５、取得されたツール陰極プロファイルの座標値を多項式フィッティングし、ｙとｘの関数関係を取得し、
   式において、Ｋは、多項式の次数であり、ｔ _０ ，・・・，ｔ _Ｋ は、多項式の係数であり、Ｔと表記し、
   ステップ１－６、曲率式とステップ１－５で取得されたｙとｘとの関数関係に基づき、フレキシブル電極動的変形プロセスにおけるフレキシブル電極各点の曲率を得、
   式において、ｙ（ｘ）’は、ｙ（ｘ，Ｔ）の一次微分であり、ｙ（ｘ）’’は、ｙ（ｘ，Ｔ）の二次微分であり、
   ステップ２、フレキシブル電極の変形曲率と負荷との関係を結合して、フレキシブル電極動的変形スイープ式電解加工プロセスに必要とする負荷の大きさを決定することができ、フレキシブル電極変形曲率と負荷との関係は、以下の数学モデルによって確立され、
   ステップ２－１、ツール陰極の取り付けが完了した後に、一端が固定端拘束であり、一端がヒンジされ、長さがｌの単純支持ばりモデルに簡略化することができ、その境界条件は、ヒンジ箇所で拘束条件は撓みが０で、ツール陰極の長さ方向をＸ軸とし、ツール電極の断面の長手方向をＹ軸とする座標系を確立し、
   ステップ２－２、純屈曲変形と横力屈曲変形が剪断応力を無視する場合、曲げモーメントと曲率との間の関係式は、１／ρ（ｘ）＝Ｍ（ｘ）／ＥＩであり、ここでρは、曲率であり、Ｍは、印加される負荷であり、Ｅは、材料の弾性率であり、Ｉは、慣性モーメントであり、ＥＩは、その曲げ剛性であり、計算して撓み曲線の近似微分方程式：ｄ ^２ ｗ／ｄｘ ^２ ＝Ｍ／ＥＩを得ることができ、ここでｗは、撓みであり、
   ステップ２－３、横断面の元の位置に対する角変位は、該断面の回転角と呼ばれ、回転角の方程式：
   に基づいて、ＥＩｗ’＝∫Ｍ（ｘ）ｄｘ＋Ｃを計算し、ここでγは、回転角であり、ｗ’は、撓みの一次微分であり、Ｃは、積分定数であり、
   ステップ２－４、上式を積分して撓み方程式
   を得ることができ、さらにＥＩｗ＝∬（Ｍ（ｘ）ｄｘ）ｄｘ＋Ｃｘ＋Ｄに簡略化し、ここでｗは、撓みであり、Ｃ、Ｄは、積分定数であり、
   ステップ２－５、境界条件を上式に代入すると、撓み方程式
   を得ることができ、ここで、Ｍは、印加される負荷であり、ｌは、ツール電極の長さであり、ｘは、ツール電極の任意の点の横座標であり、
   ステップ２－６、曲率式に基づき、その任意の点での曲率
   を得ることができ、ここで、
   ｗ’は、撓みの一次微分であり、ｗ’’＝Ｍｘ／ＥＩｌ、ｗ’’は撓みの二次微分であり、
   ステップ３、加工ワークの基準プロファイルサンプリングデータに基づいて確立されたフレキシブル電極変形曲率とワークプロファイルのモデルは、加工プロセスにおいてフレキシブル電極曲率に対応するワークプロファイルの変化を取得し、さらにフレキシブル電極変形曲率と負荷との関係から、加工プロセスにおけるフレキシブル電極の負荷の変化を取得し、
   ２つのモデルを結合して印加負荷を計算し、フレキシブル電極がスイープ式加工プロセスにおいて、加工ワーク基準プロファイルに貼合わせられる動的変形を実現するようにする、ことを特徴とするフレキシブル電極動的変形電解加工方法。
2. ツール電極が加工プロセスでの変形と変位のため、加工プロセスにおいて液不足領域の不利な現象が現れるのを避けるため、電解液の流れる形式は、側流式であり、流場は、開放型又は半閉鎖型流場であり、電解液供給装置を加えることにより、電解液がツール陰極の軸線方向に沿って流れるようにする、ことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電極動的変形電解加工方法。
3. 可変断面プロファイルを有する部品加工における請求項１または２に記載のフレキシブル電極動的変形電解加工方法の使用であって、
   ツール電極と加工ワークを取り付け、その位置関係を合理的に調整し、加工される可変断面プロファイルの曲率変化特徴に基づき、異なる負荷を印加し、ツール電極がスイープ式加工プロセスにおいて、基準プロファイルに貼合わせられる動的変形を実現することにより、加工されたワークプロファイルを理想的なプロファイルに近づけ、可変断面プロファイルを有する部品加工を完了する、ことを特徴とする可変断面プロファイルを有する部品加工におけるフレキシブル電極動的変形電解加工方法の使用。
4. 具体的には、閉鎖型ブリスク加工に応用され、閉鎖型ブリスクブランクをブレードの分布位置に応じて、ブレードの数量が等しいストレート孔を予め開き、ツール電極の取り付けを容易にし、予備穿孔されたストレート孔の中で、フレキシブル電極の制御可能な動的変形のスイープ式電解加工方式によって、閉鎖型ブリスクの複雑なねじれチャンネルを加工した、ことを特徴とする請求項３に記載の使用。
5. 具体的には、閉鎖型ブリスク翼列チャンネル電解加工に応用され、ツール電極（２）が陰極挟持軸（１）によって加工軸上に接続され、加工軸の空間運動によってツール電極（２）の運動を動かし、且つ相応な負荷を印加し、閉鎖型ブリスク加工ワーク（３）がワーク回転ステージ（４）上に取り付けられ、ワーク回転ステージ（４）によって閉鎖型ブリスク加工ワーク（３）の回転移動を動かし、ツール電極（２）と閉鎖型ブリスク加工ワーク（３）の複合運動によって、電解加工隙間を制御し、ツール電極（２）の側壁を加工面として、ワークの複雑なプロファイル表面に沿って行われるスイープ式電解加工を実現する、ことを特徴とする請求項３に記載の使用。