带热障涂层金属零件的磨料水射流-电火花复合制孔方法及装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种带热障涂层金属零件的磨料水射流一电火花复合制孔方法及装置，其属于特种加工技术领域。
【背景技术】
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[0002]随着航空发动机推重比的不断提高，其燃气涡轮进口温度也不断提升，如美国第四代战斗机发动机的燃气涡轮进口温度已经达到了 1700°C左右。目前，先进单晶镍基高温合金的使用极限温度为1150°C。显然，单独使用高温合金材料已不能满足先进航空发动机的需求。针对此问题，美国率先提出了热障涂层的概念，即将耐高温、高隔热的陶瓷材料涂覆在合金基体表面，以降低合金基体的工作温度，从而提高发动机的热效率。这一概念提出以后，立即引起了世界各国的高度关注，在美国、欧洲以及我国的航空发动机推进计划中，均把热障涂层技术列为高性能航空发动机的关键技术之一。
[0003]热障涂层一般通过等离子喷涂或物理气相沉积方法制备在金属零件表面，是一种不导电的陶瓷涂层，厚度约为0.1-0.2_。热障涂层通常应用在航空发动机涡轮叶片、燃烧室壁、某些流道、喉管等处，上述金属零件往往设计有大量小孔结构，孔径一般在0.3?
3.0mm。目前，在带热障涂层的金属零件上进行制孔已成为航空发动机制造企业面临的一个难题。
[0004]航空发动机制造企业通常采用电火花加工方法在金属零件上进行制孔。该方法采用中空的金属管作为工具电极，输液泵将电火花工作液通过中空的管状工具电极输送到加工位置。该方法具有加工成本低、精度好、效率高的优势。然而，由于热障涂层不导电，无法直接采用电火花加工带热障涂层金属零件上的微小孔。针对此类问题，目前采用的一种工艺为:在零件涂覆热障涂层之前，预先加工出孔型，然后再涂覆热障层，最后用微型钻头在相应孔位处去除热障涂层，其工序复杂、效率低、质量不易控制；另有一种加工工艺为:在叶片上先涂覆陶瓷热障涂层，然后采用激光在相应打孔位置上去除热障涂层，最后使用电火花加工技术进行打孔，工序也较为复杂、加工成本较高。磨料水射流加工是一种新兴的特种加工工艺，它利用水射流和磨粒动能的冲击作用来去除材料，其优势在于:不受被加工材料导电性能的影响、无热影响区、无热变形、绿色环保，对各类热敏、硬脆等难加工材料的加工具有独特优势。
[0005]在综合分析以上介绍的【背景技术】基础上，借鉴磨料水射流加工和电火花小孔加工的技术原理，创新提出带热障涂层金属零件的磨料水射流一电火花复合制孔方法，并发明设计了相应装置。其工作原理如下:将工件及中空的工具电极装夹定位之后，首先利用工具电极产生磨料水射流，利用磨料水射流的冲蚀作用去除工件表面不导电的热障涂层，待金属基体裸露后，无需改变工件装夹、无需更换工具电极，其次利用电火花加工方法完成金属基体的制孔。该加工方法工艺简单、安全环保，保证加工出的热障涂层孔型与金属基体孔型的位置重合，对解决航空航天领域广泛存在的尺寸在0.3-3.0mm之间的带热障涂层金属零件孔结构的高效精密加工具有重要意义。
【发明内容】
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[0006]本发明提供一种带热障涂层金属零件的磨料水射流一电火花复合制孔方法及装置，能有效避免制孔过程中工件的二次装夹，提高加工效率，保障加工质量，同时提供了该方法专用的加工装置。
[0007]本发明采用如下技术方案:一种带热障涂层金属零件的磨料水射流一电火花复合制孔方法，其包括如下步骤:
[0008](I)关闭电源；
[0009](2)工件的安装定位:将工件通过夹具安装定位在工作台上；
[0010](3)工具电极的安装定位:将工具电极安装定位在进液接头上，通过伺服进给装置调整进液接头及工具电极的位置；
[0011](4)利用磨料水射流加工热障涂层孔型，直至加工位置的金属基体裸露，形成热障涂层孔型；
[0012](5)开启电源，利用电火花加工金属基体，直至金属基体孔型完成。
[0013]进一步地，所述步骤(4)中:电磁阀接通磨料工作液箱、断开电火花工作液箱，启动输液泵，磨料工作液通过进液接头进入中空的工具电极并输出成为磨料水射流，磨料水射流冲蚀工件表面的热障涂层，直至在热障涂层上形成孔型、金属基体裸露。
[0014]进一步地，所述步骤(5)中:通过伺服进给装置调整进液接头及工具电极的位置，保持输液泵的启动状态，电磁阀接通电火花工作液箱、断开磨料工作液箱，电火花工作液通过进液接头进入中空的工具电极并输出至工件表面，开启电源，进行电火花加工，伺服进给装置控制进液接头及工具电极的进给，直至完成金属基体孔型的加工。
[0015]进一步地，所述磨料水射流加工时所采用的工作液为含有Al2O3或者SiC磨料l-10g/L的自来水或者超纯水，所述磨料粒径为1-20 μ m。
[0016]进一步地，所述电火花加工时所采用的工作液为去离子水或者超纯水。
[0017]本发明还采用如下技术方案:一种带热障涂层金属零件的磨料水射流一电火花复合制孔装置，其包括工作台、夹具、工具电极、进液接头、伺服进给装置、磨料工作液箱、电火花工作液箱、输液泵、电源、电磁阀、压力调节装置及输液管，所述工件通过夹具安装定位在工作台上，工具电极安装固定在进液接头上，进液接头布置在伺服进给装置上，电源的正、负极分别与工件、工具电极连接，所述电磁阀为二进一出三通电磁阀，其中一个进液口与磨料工作液箱连接，另一个进液口与电火花工作液箱连接，出液口与输液泵的进液口连接，输液泵的出液口与进液接头连接；所述电磁阀控制进入输液泵的工作液种类，在采用磨料水射流加工热障涂层孔型时，电磁阀接通磨料工作液箱、断开电火花工作液箱，输液泵输运磨料工作液进入进液接头，在采用电火花加工金属孔型时，电磁阀接通电火花工作液箱、断开磨料工作液箱，输液泵输运电火花工作液进入进液接头。
[0018]进一步地，所述工具电极为中空的金属管电极。
[0019]进一步地，所述电源为直流脉冲电源。
[0020]本发明具有如下有益效果:本发明合理利用电火花小孔加工方法中工具电极为中空金属管的特点，通过输液泵将磨料工作液从工具电极输出形成高压磨料水射流，利用磨料水射流的冲蚀作用加工工件表面不导电的热障涂层孔型，再采用电火花加工金属基体孔型，工件及工具电极只需一次装夹定位，加工出的热障涂层孔型与金属基体孔型的位置重合，工序简单，安全环保，加工质量易于保证。
【附图说明】
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[0021]图1为本发明带热障涂层金属零件的磨料水射流一电火花复合制孔装置示意图。
[0022]其中:
[0023]1-工作台，2-夹具，3-工具电极，4-电源，5-进液接头，6_伺服进给装置，7_压力调节装置，8-电火花工作液箱，9-电磁阀，10-磨料工作液箱，11-输液泵，12-输液管，13-工件，131-工件表面热障涂层。
【具体实施方式】
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[0024]本发明带热障涂层金属零件的磨料水射流一电火花复合制孔方法包括如下步骤:
[0025](I)关闭电源4;
[0026](2)工件13的安装定位:将工件13通过夹具2安装定位在工作台I上；
[0027](3)工具电极3的安装定位:将工具电极3安装定位在进液接头5上，通过伺服进给装置6调整进液接头5及工具电极3的位置(工具电极3的端面距离工件13表面10-20mm)；
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