错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统及方法，属于电解加工技术领域。该系统包括错合型阴极系统和环流辅助系统；上述错合型阴极系统的其中叶背阴极和叶盆阴极的上部、下部均具有一对水平齿状结构；叶背阴极和叶盆阴极的进气边、排气边均具有一对弧形齿状结构；上述环流辅助系统包括环流辅助夹具底座和环流辅助块，实现全轮廓供液。本发明加工精度高。
【专利说明】
错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统及方法，属于电解加工技术领域。
【背景技术】
[0002]电解加工技术是一种基于电化学原理的特种加工技术，利用电化学反应时金属阳极溶解实现材料去除，并加工出具有特定尺寸与形状的工件。电解加工与一般的机械加工方法相比，具有加工表面质量好、加工效率高、无机械切削力、工具电极无损耗等优点，已经广泛应用于航空、航天、医疗等制造领域。
[0003]叶片是航空发动机上的核心零部件之一，其加工质量的高低，直接影响着航空发动机的工作性能。在使用材料方面，为了减轻重量，提高效能，航空发动机叶片多采用高强度、高硬度、高韧性的难加工材料制造，如钛合金、镍基高温合金等;在形状轮廓方面，航空发动机叶片多为薄壁件，形状扭曲，尤其是进排气边部分，是整个叶片型面中壁厚最薄区域;在制造要求方面，为了保证发动机的工作性能，对叶片的形位精度与表面质量要求苛亥IJ，因此对电解加工方法、技术、设备提出了更高的要求。国内外一直致力于提高叶片电解加工精度和表面质量方面的研究。
[0004]在目前叶片电解加工方法中，主要采用叶盆工具阴极与叶背工具阴极分别对应叶片的叶盆与叶背型面相向进给或者沿着一定角度相向进给，实现加工。在电解加工开始时，由于叶盆工具阴极与叶背工具阴极之间有很大的开口间隙，使得电场在开口位置处的变化极不稳定且分布不均匀，随着电解加工过程的进行，叶盆工具阴极与叶背工具阴极之间的开口间隙变小，开口处的电场波动逐渐减小，但是其变化仍然不稳定且分布不均匀，对叶片在开口位置处的部分的加工精度产生很大的影响。一些研究者采用采用叶盆工具阴极与叶背工具阴极分别对应叶片的叶盆与叶背型面相向进给的方式进行叶片电解加工(见专利“一种钛合金大尺寸叶片电解加工方法”，申请号200910220014.3)，这种方法具有很强的通用性，其加工出来的叶片的叶盆与叶背型面精度高，但是叶片的进排气边的精度较差。有研究者采用叶盆工具阴极与叶背工具阴极分别对应叶片的叶盆与叶背型面并沿着一定角度相向进给进行叶片电解加工(见专利“ELECTROCHEMICAL MACHINING METHOD ANDELECTROCHEMICAL MACHINING DEVICE”，申请号:W02006JP312615)，这种方法加工出来的叶片，其进排气边与叶盆、叶背型面的精度高，但是在进排气边与叶盆、叶背型面交界的部分精度差有很明显的接刀痕迹，且这种方法不具有通用性，不能用于结构复杂，扭曲程度较高的叶片的电解加工。因此有必要研发叶片全轮廓电解加工技术。电解液流动方式方面，有研究者提出了主动分流的电解液流动形式(见专利“叶片加工中主动控制式电解液流动方法及电解液循环系统”，申请号200810020457.3)，即分成叶盆加工流道和叶背加工流道两股相互独立的流道，两个流道分别设有相互独立的进液口、出液口，主动控制叶盆、叶背的流量，但无法有效控制进排气边间隙内电解液流动状态，不能保证进排气边电解液的均匀、稳定供给，从而影响叶片进排气边电解加工精度。因此需要一种能够实现叶片全型面轮廓均匀供液的电解液流动方式。
【发明内容】
[0005]本发明针对叶片电解加工过程中，无法实现进排气边稳定、精密加工的问题，提出了一种错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统及方法。
[0006]—种错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统，其特征在于:包括错合型阴极系统和环流辅助系统;上述错合型阴极系统包括叶背阴极和叶盆阴极;其中叶背阴极上部和叶盆阴极上部具有一对水平插齿结构，其中叶背阴极下部和叶盆阴极下部具有一对水平插齿结构;其中背阴极进气边与叶盆阴极进气边具有一对弧形插齿结构，其中叶背阴极排气边与叶盆阴极排气边具有一对弧形插齿结构;上述环流辅助系统包括环流辅助夹具底座和环流辅助块;上述环流辅助夹具底座从前向后依次内置连接通道A、环流通道、进给加工通道、连接通道B;上述环流辅助夹具底座上还设置有与所述环流通道始端相通的进液通道，与所述进给加工通道末端相通的出液通道;上述环流辅助块由前部的连接块和后部的环流作用块构成;环流辅助块整体安装于环流辅助夹具底座内部，其中连接块位于连接通道A中，并与环流辅助夹具底座内部固定，环流作用块位于环流通道中；环流作用块的顶端端面与工件上预加工成型叶片的叶尖端面贴合，工件待加工部位位于进给加工通道中；工件的定位部分位于工件定位装置中，工件定位装置位于连接通道B中；环流作用块各个截面的截面轮廓与叶片的叶尖截面轮廓相似，但环流作用块的根部的截面轮廓大于上述叶片的叶尖截面轮廓，其顶端的截面轮廓小于上述叶片的叶尖截面轮廓，其根部到顶端厚度均匀缩小。
[0007]上述错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统的电解加工方法，其特征在于:工件待加工部位位于叶背阴极和叶盆阴极之间;在整个电解过程中，叶背阴极上部和叶盆阴极上部相互错合，叶背阴极下部和叶盆阴极下部相互错合，工件待加工部位与叶背阴极和叶盆阴极之间形成封闭电场空间；随着叶背阴极和叶盆阴极的相向进给，封闭电场空间不断变小，在电解加工的最后阶段，叶背阴极进气边与叶盆阴极进气边相互错合，叶背阴极排气边与叶盆阴极排气边相互错合，进一步缩小叶片与叶背阴极和叶盆阴极之间的封闭电场空间。电解液从进液通道流动至环流通道，经过环流辅助块作用流进进给加工通道，实现对叶片叶盆、叶背、进气边、与排气边的均匀稳定供液，电解液再由出液通道流出。
[0008]采用本发明的错合型阴极系统，在整个电解加工过程中，通过叶盆阴极与叶背阴极上下部的插齿结构的相互错合，使得整个电解加工区电场封闭，一方面有利于叶盆阴极、叶背阴极与工件之间的加工间隙内的电场稳定变化，保证加工成型叶片叶盆与叶背的型面加工精度，另一方面有利于改善工件上下端面的电场状态，促进工件上下端面材料的均匀蚀除，提高整平效率和加工稳定性;在电解加工最后阶段，叶盆阴极与叶背阴极的进排气边相互错合，使叶片进排气边加工间隙内的电场分布均匀稳定，大大得提高叶片进排气边的加工精度和重复精度，有利于实现叶片的全轮廓精密稳定成型。
[0009]采用本发明的全轮廓供液方式，电解液由进液口流入，经过进液通道进入到环流通道中，再流经加工区，最后经过出液通道，从出液口流出；通过环流通道中的环流作用块，实现对环流通道内的电解液的流动轨迹进行约束和引导，完成环形供液，保证电解液流经加工区时在叶片进排气边、叶盆、叶背间隙内的均匀供给，实现叶片全轮廓供液，提高电解加工过程中流场的均匀性，确保叶片全轮廓的稳定加工。
【附图说明】
[0010]图1是电解加工错合型阴极结构图；
图2是电解加工结束时刻错合型阴极进排气边状态图；
图3是叶片全轮廓电解加工夹具图；
图4是环流辅助夹具底座结构图；
图5是环流辅助结构示意图；
图6是预加工成型叶片结构图；
图中标号名称:1、叶背阴极，2、叶背阴极上部，3、叶盆阴极上部，4、工件，5、叶盆阴极，
6、叶盆阴极下部，7、叶背阴极下部，8、叶背阴极进气边，9、叶盆阴极进气边，10、预加工成型叶片(简称“叶片”)，11、叶盆阴极排气边，12、叶背阴极排气边，13、环流辅助夹具底座，14、环流辅助夹具封盖，15、环流辅助块，16、工件定位装置，17、连接通道A，18、进液通道，19、环流通道，20、进给加工通道，21、出液通道，22、连接通道B，23、连接块，24、根部，25、环流作用块，26、尖部，27、叶尖，28、进气边，29、叶根，30、定位部分，31、排气边。
【具体实施方式】
[0011]如图4所示，环流夹具底座13采用环氧树脂等绝缘材料制作，内置进液通道18、环流通道19、进给加工通道20、出液通道21、连接通道A17以及连接通道B22;进液通道18与出液通道21用于连接外部电解液循环系统，保证加工过程中电解液的动态循环;环流辅助块15的连接块23安放在连接通道A17中，并与环流夹具底座13内部固定，环流辅助块15的环流作用块25置于环流通道19中以实现叶片10全轮廓供液;工件4的定位部分30装入工件定位装置16中，工件定位装置16安装到连接通道B上，并与环流辅助夹具底座13固定使工件4的待加工部位位于进给加工通道20中；叶背阴极I与叶盆阴极5沿着进给加工通道20伸入环流夹具底座13中。
[0012]采用本发明电解加工工件过程:
1、如图3所示，安装错合型叶背阴极1、错合型叶盆阴极5、工件4、环流辅助块15、工件定位装置16、环流夹具底座13，保证叶背阴极I和叶盆阴极5与工件4之间有一定的初始间隙如图1所示；
2、将工件定位装置16与电源正极相连，叶背阴极I和叶盆阴极5与电源负极相连;连接电解液管路，进液通道18与进液管路连接，出液通道21与回液管路连接；
3、合上并紧固环流辅助夹具封盖15，打开电解液循环系统，电解液从进液通道18流动至环流通道19，经过环流辅助块15作用流进进给加工通道20，实现对叶片10叶盆、叶背、进气边28、与排气边29的均匀稳定供液，电解液再由出液通道21流出至回液管路；
4、开启电解加工电源，同时交叉型叶背阴极I与交叉型叶盆阴极2相向进给，电解加工开始，电解液流经加工间隙并带走电解加工产物；
5、阴极进给到最终位置，停止进给，叶背阴极I和叶盆阴极5与叶片10在进排气边处的错合状态如图2所示，并断开电解加工电源，关闭电解液循环系统，叶片的电解加工完成。
【主权项】
1.一种错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统，其特征在于: 包括错合型阴极系统和环流辅助系统； 上述错合型阴极系统包括叶背阴极(I)和叶盆阴极(5);其中叶背阴极上部(2)和叶盆阴极上部(3)具有一对水平插齿结构，其中叶背阴极下部(7)和叶盆阴极下部(6)具有一对水平插齿结构;其中背阴极进气边(8)与叶盆阴极进气边(9)具有一对弧形插齿结构，其中叶背阴极排气边(12)与叶盆阴极排气边(11)具有一对弧形插齿结构； 上述环流辅助系统包括环流辅助夹具底座(13)和环流辅助块(15); 上述环流辅助夹具底座(13)从前向后依次内置连接通道A( 17)、环流通道(19)、进给加工通道(20)、连接通道B(22);上述环流辅助夹具底座(13)上还设置有与所述环流通道(19)始端相通的进液通道(18)，与所述进给加工通道(20)末端相通的出液通道(21); 上述环流辅助块(15)由前部的连接块(23)和后部的环流作用块(25)构成;环流辅助块(15)整体安装于环流辅助夹具底座(13)内部，其中连接块(23)位于连接通道A( 17)中，并与环流辅助夹具底座(13)内部固定，环流作用块(25)位于环流通道(19)中；环流作用块(25)的顶端(26)端面与工件(4)上预加工成型叶片(10)的叶尖(17)端面贴合，工件(7)待加工部位位于进给加工通道(20)中；工件的定位部分(30)位于工件定位装置(16)中，工件定位装置(16)位于连接通道B(22)中；环流作用块(25)各个截面的截面轮廓与叶片(10)的叶尖(27)截面轮廓相似，但环流作用块(25)的根部(24)的截面轮廓大于上述叶片(10)的叶尖(27)截面轮廓，其顶端(26)的截面轮廓小于上述叶片(10)的叶尖(27)截面轮廓，其根部(24)到顶端(26)厚度均匀缩小。2.利用权利要求1所述错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统的电解加工方法，其特征在于: 工件(4)待加工部位位于叶背阴极(I)和叶盆阴极(5)之间；在整个电解过程中，叶背阴极上部(2)和叶盆阴极上部(3)相互错合，叶背阴极下部(7)和叶盆阴极下部(6)相互错合，工件(4)待加工部位与叶背阴极(I)和叶盆阴极(4)之间形成封闭电场空间；随着叶背阴极(I)和叶盆阴极(4)的相向进给，封闭电场空间不断变小，在电解加工的最后阶段，叶背阴极进气边(8)与叶盆阴极进气边(9)相互错合，叶背阴极排气边(12)与叶盆阴极排气边(11)相互错合，进一步缩小叶片(10)与叶背阴极(I)和叶盆阴极(5)之间的封闭电场空间； 电解液从进液通道(18)流动至环流通道(19)，经过环流辅助块(15)作用流进进给加工通道(20)，实现对叶片(10)叶盆、叶背、进气边(28)、与排气边(29)的均匀稳定供液，电解液再由出液通道(21)流出。
【文档编号】B23H3/10GK105904043SQ201610395785
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】朱栋, 张荣辉, 徐正扬, 刘嘉, 朱荻
【申请人】南京航空航天大学