一种闭式叶轮电火花加工装置及加工方法与流程

本发明涉及叶轮加工技术领域，尤其涉及一种闭式叶轮电火花加工装置及加工方法。

背景技术：

闭式叶轮在航空航天发动机、石油化工等领域使用的先进透平机械中得到越来越多的应用。闭式叶轮的结构非常复杂、加工可达性差，加上多采用高温合金或钛合金等难加工材料，传统的切削加工很难实现较高精度的加工。电火花加工利用工具和工件间脉冲性火花放电来蚀除多余的材料，具有精度高、材料适应性广等优点。现有的闭式叶轮电火花加工技术是由主轴头带动电极进行加工，加工效率低。因此，在现有的电火花成形加工条件下，如何提高加工效率和加工精度，对提高闭式叶轮的加工质量具有现实意义。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中闭式叶轮每个流道单独加工，加工效率低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种闭式叶轮电火花加工装置，包括用于安装待加工闭式叶轮的叶轮安装夹具、预加工电极安装夹具及多个预加工电极；所述叶轮安装夹具设有安装轴，所述待加工闭式叶轮设有中心定位孔，且所述待加工闭式叶轮通过所述中心定位孔套设在安装轴上；所述电极安装夹具包括第一电极安装座，多个所述预加工电极均与所述第一电极安装座连接，多个所述预加工电极呈圆周排列，预加工电极的数目与待加工闭式叶轮的流道数目相同；且加工时每个所述预加工电极与所述待加工闭式叶轮的一个流道入口相对应；还包括第一驱动机构，用于驱动所述电极安装夹具沿Z轴直线运动，所述Z轴为所述安装轴的延伸方向。

根据本发明，所述每个所述预加工电极均设置有冷却液通道。

根据本发明，所述预加工电极的冷却液通道设有一个进液口和两个出液口，所述进液口设于所述预加工电极远离圆心的一侧，两个所述出液口分别设于与设有所述进液口的一侧相邻的两侧。

根据本发明，所述叶轮安装夹具包括底座以及设于所述底座顶面上的支撑台，所述支撑台的直径小于所述底座的直径；所述安装轴设于所述支撑台背离所述底座的一面，所述待加工闭式叶轮直径较大的一端设有凸台，安装时所述凸台抵接在所述支撑台背离所述底座的一面；所述底座上还固定有套设于所述支撑台外侧的定位板，所述安装板的径向上设有多个贯通所述安装板的螺纹孔，所述螺纹孔内设有调整螺钉，且所述螺纹孔内靠近所述待加工闭式叶轮的凸台的一端设有软质的调整柱，所述调整柱与所述凸台的外边缘相接触。

根据本发明，所述调整柱采用金属铜制成。

根据本发明，所述安装轴的顶部设有外螺纹，所述外螺纹套设有锁紧螺母，用于固定所述待加工闭式叶轮。

根据本发明，所述第一电极安装座为圆盘形，所述第一电极安装座的周向设有多个安装孔，所述安装孔靠近圆心的一侧设有定位槽，所述预加工电极的固定端与所述安装孔相配合，且所述预加工电极的固定端设有定位件，所述安装孔远离圆心的一侧设置有顶丝，用于固定所述预加工电极和所述第一电极安装座。

根据本发明，还包括入口粗加工电极、出口粗加工电极和第二驱动机构，所述电极安装夹具还包括第二电极安装座，所述入口粗加工电极和出口粗加工电极使用时均与所述第二电极安装座连接，所述入口粗加工电极和出口粗加工电极用于粗加工形成流道；所述第二驱动机构用于驱动所述待加工闭式叶轮绕所述安装轴转动，以及沿X轴和Y轴直线运动；所述第一驱动机构还用于驱动所述电极安装夹具绕B轴转动，所述B轴与X轴相平行。

根据本发明，所述入口粗加工电极和所述出口粗加工电极均采用分体式电极。

本发明提供的一种闭式叶轮电火花加工方法，包括以下步骤：

S1，采用预加工电极预加工流道入口；

S2，采用出口粗加工电极粗加工流道出口，使流道入口和流道出口连通；

S3，采用入口粗加工电极粗加工流道入口；

S4，半精加工流道；

S5，精加工流道。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明实施例提供的闭式叶轮电火花加工装置包括能够安装多个预加工电极的电极安装夹具，闭式叶轮的多个流道入口可以由多个预加工电极一次加工得到，显著地提高了加工效率。

(2)本发明实施例在进行完流道入口预加工和流道出口的粗加工后，叶轮的流道被打通，冷却液可以迅速填满流道，冷却液的冷却和排屑作用大幅提升。随后进行流道入口的粗加工以及流道整体的半精加工和精加工，提高流道加工精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的闭式叶轮电火花加工装置预加工状态的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的安装有闭式叶轮的叶轮安装夹具的结构示意图；

图3是本实施例中第一电极安装座的结构示意图；

图4是本实施例中预加工电极的结构示意图；

图5是本实施例中提供的闭式叶轮电火花加工装置流道出口粗加工状态的结构示意图；

图6是本实施例中提供的闭式叶轮电火花加工装置流道入口粗加工状态的结构示意图；

图7是本实施例中出口粗加工电极的结构示意图；

图8是本实施例中入口粗加工电极的结构示意图；

图9是本实施例中加工完成后闭式叶轮的俯视图；

图10是图9中A-A向剖视图。

图中：1：闭式叶轮；11：流道入口；12：流道出口；13：凸台；2：叶轮安装夹具；21：安装轴；22：底座；23：支撑台；24：定位板；25：调整螺钉；26：调整柱；27：锁紧螺母；3：电极安装夹具；31：第一电极安装座；311：安装孔；312：定位槽；313：顶丝；4：预加工电极；41：定位件；42：进液口；43：出液口；5：第二电极安装座；6：入口粗加工电极；61：入口粗加工分电极；7：出口粗加工电极；71：出口粗加工分电极；8：连接杆；9：转盘。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

如图1-图4所示，本发明实施例提供的闭式叶轮1电火花加工装置，包括用于安装待加工闭式叶轮1的叶轮安装夹具2、预加工电极安装夹具3及多个预加工电极4；叶轮安装夹具2设有安装轴21，待加工闭式叶轮1设有中心定位孔，且待加工闭式叶轮1通过中心定位孔套设在安装轴21上；电极安装夹具3包括第一电极安装座31，多个预加工电极4均与第一电极安装座31连接，多个预加工电极4呈圆周排列，预加工电极4的数目与待加工闭式叶轮1的流道数目相同；且加工时每个预加工电极4与待加工闭式叶轮1的一个流道入口11相对应；还包括第一驱动机构，用于驱动电极安装夹具3沿Z轴直线运动，Z轴为安装轴21的延伸方向。使用时，将多个预加工电极4移至待加工闭式叶轮1的正上方，通过第一驱动机构驱动电极安装夹具3沿Z轴向下直线运动，多个预加工电极4分别向下运动，去除闭式叶轮1流道入口11处的大部分材料，多个流道的入口处同时加工，提高了加工效率。

本发明实施例提供的闭式叶轮1电火花加工装置包括能够安装多个预加工电极4的电极安装夹具3，闭式叶轮1的多个流道入口11可以由多个预加工电极4一次加工得到，显著地提高了加工效率。

进一步地，如图4所示，本实施例中每个预加工电极4均设置有冷却液通道。具体的，本实施例中预加工电极4的冷却液通道设有一个进液口42和两个出液口43，进液口42设于预加工电极4远离圆心的一侧，两个出液口43分别设于与设有进液口42的一侧相邻的两侧。由于在预加工时，切除材料较多，产生热量较大，通过设置的冷却液通道可以起到较好的冷却作用。

进一步地，如图2所示，本实施例中叶轮安装夹具2包括底座22以及设于底座22顶面上的支撑台23，支撑台23的直径小于底座22的直径；安装轴21设于支撑台23背离底座22的一面，待加工闭式叶轮1直径较大的一端设有凸台13，安装时凸台13抵接在支撑台23背离底座22的一面；优选地，本实施例中安装轴21的顶部设有外螺纹，外螺纹套设有锁紧螺母27，用于固定待加工闭式叶轮1，闭式叶轮1垂直方向上的定位由锁紧螺母27和支撑台23共同完成。底座22上还固定有套设于支撑台23外侧的定位板24，安装板的径向上设有多个贯通安装板的螺纹孔，螺纹孔内设有调整螺钉25，且螺纹孔内靠近待加工闭式叶轮1的凸台13的一端设有软质的调整柱26，调整柱26与凸台13的外边缘相接触。优选地，本实施例中多个螺纹孔沿安装的周向阵列排布。进一步地，本实施例中调整柱26采用金属铜制成。调整柱26也可以是尼龙塑料等软质的材料组成，通过设置的调整螺钉25和调整柱26可以调整闭式叶轮1与安装轴21的同轴度，保证了两者之间的同轴度，并且，软质的调整柱26不会对叶轮的表面造成损伤，保证了闭式叶轮1外表面的完整。

进一步地，如图3所示，本实施例中第一电极安装座31为圆盘形，第一电极安装座31的周向设有多个安装孔311，安装孔311靠近圆心的一侧设有定位槽312，预加工电极4的固定端与安装孔311相配合，且预加工电极4的固定端设有定位件41，安装孔311远离圆心的一侧设置有顶丝313，用于固定预加工电极4和第一电极安装座31。通过设置在第一电极安装座31定位槽312和设置在预加工电极4固定端的定位件41实现了预加工电极4的准确定位，保证了加工的精度。

进一步地，如图5-图8所示，本实施例中还包括入口粗加工电极6、出口粗加工电极7和第二驱动机构，电极安装夹具3还包括第二电极安装座5，入口粗加工电极6和出口粗加工电极7使用时均与第二电极安装座5连接，入口粗加工电极6和出口粗加工电极7用于粗加工形成流道；第二驱动机构用于驱动待加工闭式叶轮1绕安装轴21转动，以及沿X轴和Y轴直线运动；第一驱动机构还用于驱动电极安装夹具3绕B轴转动，B轴与X轴相平行，即图5中垂直于纸面的方向为B轴的延伸方向。如图5所示的电极安装夹具3还包括连接杆8和转盘9，转盘9的转动带动连接杆8绕B轴旋转。设置的入口粗加工电极6、出口粗加工电极7分别用于流道入口11预加工完成后的流道入口11粗加工和流道出口12的粗加工，初步形成各个流道。首先在加工过程中优先使用出口粗加工电极7加工出口，使流道打通，然后再采用入口粗加工电极6加工入口处预加工电极4所未加工到的部分材料。

优选地，本实施例中的入口粗加工电极6和出口粗加工电极7均采用分体式电极。入口粗加工电极6由两个入口粗加工分电极61组成，出口粗加工电极7由两个出口粗加工分电极71组成。采用分体式电极可以降低加工过程中的编程难度。具体地，本实施例中的第一驱动机构和第二驱动可以采用现有的电火花加工设备来实现。具体的，本实施例还设有流道半精加工电极和流道精加工电极，分别用于粗加工后的半精加工和精加工。其中，流道半精加工电极在粗加工电极的基础上考虑放电间隙的影响进行增厚，增厚的厚度为0.5mm，流道精加工电极在流道半精加工电极的基础上并考虑放电间隙的影响再次增厚，增厚的厚度为0.2mm。本发明实施例在进行完流道入口11预加工和流道出口12的粗加工后，叶轮的流道被打通，冷却液可以迅速填满流道，冷却液的冷却和排屑作用大幅提升。随后进行流道入口11的粗加工以及流道整体的半精加工和精加工，提高流道加工精度。加工完成后的闭式叶轮结构如图9和图10所示。

本发明实施例还提供了一种闭式叶轮电火花加工方法，包括以下步骤：

S1，采用预加工电极4预加工流道入口11；

S2，采用出口粗加工电极7粗加工流道出口12，使流道入口11和流道出口12连通；

S3，采用入口粗加工电极6粗加工流道入口11；

S4，半精加工流道；

S5，精加工流道。

具体地，本实施例中流道预加工、粗加工、半精加工和精加工的具体加工条件如下表所示：

本发明实施例在进行完流道入口11预加工和流道出口12的粗加工后，叶轮的流道被打通，冷却液可以迅速填满流道，冷却液的冷却和排屑作用大幅提升。随后进行流道入口11的粗加工以及流道整体的半精加工和精加工，提高流道加工精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。