专利名称：风扇和涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工艺、方法和设备，特别涉及到风扇和涡轮(用于与流体动态作用)以及导流叶片(用于与流体静态作用)的加工，尤其是应用在涡轮分子泵和气体涡轮发动机中。
背景技术：
气体涡轮发动机是内燃机的广泛采用的形式，其在很多方面优于以两冲程或四冲程原理运行的往复式发动机。特别是对于给定尺寸，气体涡轮发动机能够提供更高的功率输出。
多数气体涡轮机的应用集中于提供很大的能量输出的相关大型动力装置中，例如航空学中使用的涡轮喷气发动机和扇涡轮发动机。在缩小这类发动机的尺寸的过程中，当尺寸减小的时候遇到一些工程问题。这些问题中的一部分是指在制造层面上进一步减小尺寸的困难，而另有一些用于与气体在相对小的空间内流动特性相关的问题。
发明内容
本发明提出了一种特别适用于非常小型的气体涡轮的气体涡轮发动机结构。此类发动机由这里列举出的具体实施例例示性示出，其中本发明被用于制造涡轮喷气发动机的零件，其整体直径为10cm，长度约为32cm，在发动机的转速为90,000rpm时可产生110N(271b)的推力。
在气体涡轮机的一般构成中，旋转的压气机提高了进气的压力，至少有一部分空气被通入燃烧室或燃烧燃料的腔室内，当它们通过排气喷嘴时，废气将驱动涡轮，涡轮通过发动机轴驱动压气机。
流过发动机的气体很大程度上受到大量的静态和移动表面的影响，典型地包括位于多级轴流压气机的连续旋转圆盘上的风扇叶片、位于每一对相邻圆盘之间的定子叶片以及最后的圆盘之后的定子叶片、在燃烧室和涡轮之间的静态喷嘴导向叶片，以及旋转的涡轮轮叶。
叶片和轮叶可能具有翼形横截面，他们基本沿径向排列(如同车轮的辐条那样)。流过发动机的轴向气体速度从一个轴向位置到另一个位置都是不同的。在压气机或发动机涡轮部分中的任意给定轴向位置，欲使在发动机整个直径范围内轴向气体速度完全不变。因此，在风扇和涡轮旋转的情况下，轮叶的外梢端比其内根部移动的更快，且由于离心作用，也设计旋转部件的轮叶用于补偿。轮叶的截面随着其与中心的径向距离而变化。典型的，叶片沿其长度方向发生扭曲，且根部的偏转角最小而梢端部的偏转角最大。
这些叶片和轮叶通常是由合适的足够强度并且耐热的合金经过铸造或机加工制成。在每一个单独的叶片制成后，其必须被固定在适合的压气机或涡轮轮轴上。这个工艺需要合适的连接装置以连接相邻部分。在更小的发动机中，这样装置需要更高的精度，因为任何一点小的误差将会成比例地变大。连接装置应该足够坚固但重量较轻。在一些方案中使用焊接工艺将铸成的涡轮叶片连接到中心旋转圆盘上。对于旋转叶片圆盘，需要在装配之后进行平衡性操作。
在非常小的发动机的情况下，可能需要将圆盘与整体的叶片一起铸造，但由于相邻叶片接近以及扭曲的形状，将会造成严重的问题。虽然这样的铸造操作在工艺上是可行的，但是这些型式(或者说造型)的建立却是非常困难，并且，使用工具(jig)来达到正确且一致的叶片角度、半径、间距以及其它的类似量，这几乎被认为是不可能的。
在上面给出的小型喷气发动机的例子中，包括叶片的压气机和涡轮圆盘，可能直径为8cm，从叶端到叶端，带有数量在24个和40个之间相互紧密隔开的薄翼形叶片，其翼弦和叶片偏转角在整个叶片的长度范围内变化，引起两相邻叶片沿轴向和径向均基本重叠。制造这样的带叶片的圆盘在很长一段时间内都是较难处理的问题。
根据申请人的专利申请PCT/GB2004/000774(公开号WO2004/076111)的公开内容，针对如何精确加工紧密隔开的重叠的径向排列的成型叶片或轮叶，特别是用在气体涡轮发动机尤其是小型气体涡轮发动机上的轴流压气机或涡轮中，提出了从实体毛坯上将材料去除的方法，从而使叶片或轮叶作为毛坯的剩余材料而突出，当材料靠近前进中的刀具时，材料的状态发生变化，即可使实现去除，刀具是一种成型的线，且刀具在前进时将发生旋转，由此来形成所述成型轮叶或叶片的表面。
在此，申请人提出了在WO2004/076111的申请文件中所披露的发明的改进方案。
申请人的在先申请涉及到一种刀具，用于从工件毛坯上去除材料，这种刀具是一种成型的线电极。在这种情况下，去除材料的方法是放电加工，也就是所谓的电火花腐蚀，申请人的在先申请披露了一种线刀具电极，特别是一种成型线刀具电极的应用。
根据本发明，刀具可以是与线的形式不相同的其他形式的刀具。
本发明并不试图对申请人的在先申请中术语“线”的范围进行限制或限定。本发明提出一种与在先申请中披露的方法、工艺及设备相应的方法、工艺及设备，其中刀具是一种细长的并且足够坚硬的部件，但并不是线的形式。这种刀具在下文中将以一种非线刀具来提及，并且说明书中的“非线”表示“不同于线”，在此，本申请中的“线”和申请人的在先申请PCT/GB2004/000774中的“线”是同一含义。
为了实现加工压气机或涡轮风扇的叶片环的目的，申请人采用放电加工(EDM)，也称作电火花腐蚀，使用一个可旋转的非线刀具电极，其是实践中材料去除方法之一。电化学加工(ECM)也是一种可选的方法。但是，有可能会出现其他方法，例如使用不同于放电方法的另外的强烈局部加热源或是使用不同于EDM或ECM的不同的状态变化机制，这些均为可行的选择。
更加具体而言，本发明包括一种成型工艺，在具有跨过边缘表面的厚度的工件的毛坯本体中成形加工出一排向所述边缘延伸的扭曲翼形叶片，该工艺包括将成型非线电极保持在支座中；使支座定位为使得电极在跨过边缘表面厚度上的方向；使电极向毛坯的边缘表面前进，使得在电极和工件毛坯之间产生高电压放电，由此腐蚀在刀具电极之前的工件的一部分，并由此形成跨过毛坯边缘的第一凹槽，使得工具前进到凹槽中以加深第一凹槽，并在所述前进过程中旋转所述刀具支座以使第一凹槽呈螺旋形；以同样的方式在工件毛坯上加工出第二和更多相似的相邻凹槽，由此一对相邻凹槽之间剩余的工件本体具有扭曲翼形叶片的形状。
一旦前进的刀具支座旋转超过一个非常小的角度，电极将开始在下方切削(undercut)工件本体以形成下一个相邻叶片。这可使当沿刀具前进的方向观察时相邻叶片非常紧密地相互隔开且叶片重叠。
在优选应用中，本发明可将具有跨过圆周边缘表面的厚度的圆盘状毛坯工件加工成带有多个径向扭曲翼形叶片的轮轴，采用沿径向向内使所述刀具支座前进的方式加工每一个凹槽。当沿轮轴径向或沿轮轴轴向观察时，叶片可能因此而发生重叠。
本发明也提供了一种成形加工紧密隔开的径向排列的重叠成型叶片或轮叶的设备，包括使成型非线刀具朝向实体毛坯前进的装置，其可使在靠近前进的刀具时材料的状态发生变化，以从中去除材料，从而使叶片或轮叶在毛坯的剩余材料中直立；以及，在前进时使得刀具旋转的装置，由此可形成所述成型叶片或轮叶的表面。
更具体而言，本发明提供了一种成形加工设备，此设备可在具有跨过边缘表面的厚度的工件毛坯本体上加工出一排向所述边缘延伸的扭曲的翼形叶片，包括保持在支座中的细长的非线电极；将细长的电极定位在跨过边缘表面的厚度的方向的装置；使得所述电极朝向毛坯边缘的表面前进的装置；在所述电极和所述工件毛坯之间产生高电压放电，由此腐蚀在刀具电极之前的工件的一部分，并因此而形成跨过毛坯边缘的第一凹槽的装置；使刀具前进到凹槽内以加深所述第一凹槽的装置；以及在所述前进过程中旋转所述刀具支座来使第一凹槽呈螺旋形的装置。
应当理解的是，在此描述的电极的移动和工件毛坯的移动，以及他们各自的支座和支承的移动都是相对移动。因此，使刀具前进到工件中相当于使工件前进到刀具上，旋转刀具相当于旋转工件等等。将其中的哪一个相对于任意其他参照点保持静止仅仅是考虑到方便性而确定的。
优选地，还具有一种换位装置，可将工件毛坯通过一系列位置换位，在这些位置上可利用电极成形加工出连续且深的螺旋状凹槽。通常还具有一种装置，可使电极在其前进方向上可收回，以从成形加工完的凹槽中将该电极收回，这样可允许工件被换位至其下一个位置，或因为其它目的而移动。
还可以提供一种在使细长电极在前进到凹槽中的过程中可侧向移动工件或电极支座的装置，因此可小斜度地加工凹槽。这种侧向的移动可以是完全直线的，或旋转的，或组合进行的。用这种方法，叶片可在两个相对的倾斜凹槽之间形成，所以它稍微地逐渐变薄，在边上其底部比顶部的更厚。这种涡轮或压气机叶片，相对于沿长度方向横截面不变的叶片而言，能更有效地分布重量和体积。
还可以提供一种用于倾斜工件或电极支座的装置，借此调整细长电极相对于工件的斜度，进而调整了工件中形成的凹槽的斜度。
显然，利用该工艺和设备得到的产品是压气机圆盘或者涡轮圆盘，包括带有沿径向向外的扭曲翼形叶片的轮轴，以在气体涡轮发动机中高速旋转；或涡轮导向叶片圆盘或其它类似的与前者具有相似的外观但在发动机中是静止的部分。但是应该注意到，即使是沿径向排列的叶片或轮叶，也可能具有一些变化。例如，圆盘可以具有一个连续的外轮缘，其中叶片沿径向向内朝空的中心延伸，而不具有内轮轴和向外延伸的叶片。也可根据本发明，通过使刀具电极由开孔中心沿径向向外朝向轮缘前进，成形加工此类叶片。这是一种可选的用于制造压气机定子叶片圆盘的配置方案，其可被置于多级轴流式压气机的逐级转子之间。
成型的电极(或者说异型电极)因其形状而被命名，同时其与该电极在刀座中的方位，以及刀座的前进和旋转之间关系的选择，是影响到由其运动形成的叶片轮廓的最终形状的主要因素。但是，也会提及到电极和工件的其他运动。这些运动可能是围绕其他轴的旋转运动，或是在任意方向上的直线运动，或是这两种运动的组合，或是其他更复杂的运动。这些运动的任何一种都可以通过通常已知类型的合适的程序控制单元来控制。
细长电极的最简单的形状可以是直线式，但其在一个道次时将不会形成翼形表面。优选地，可将电极弯曲，一般是简单的圆弧形就足够了，曲线应是平滑的。一般应防止尖端或形状上的突然改变，以使成型叶片的应力集中减到最小，且可促进叶片上方所需的气体流动。
电极的尺寸能够以长度、宽度和深度来描述。在细长的尺寸时，宽度和厚度都相对小于长度，其跨过工件的边缘的厚度延伸来成形加工凹槽。当在任何时刻加工形成凹槽时，电极的宽度对应于凹槽的宽度，而小于电极与凹槽的每个侧边之间的邻近间距(在此处会产生工件材料的腐蚀)。电极的深度是指在朝向工件的法向前进方向上的尺寸。在理想的情况下，电极的宽度与深度具有尽可能小的尺寸，而同时确保电极足够硬，并允许其他所期望的属性例如导电性得到保持。应当理解的是，电极的前进速度不能快于工件的腐蚀速度，该电极不应与工件构成体接触，在二者不接触的情况下，会使得使电极弯曲的力最小，从而在相对不牢固的电极结构和支座的情况下能确保高精度性。
电极的前缘是通常适合的圆形。这将有助于在每个叶片的底部、其各个侧边、在每个凹槽的底部都形成圆形的根部。这将十分有效地避免应力集中，同时提高了使用寿命。
电极的宽度限定了相邻叶片之间的最小间距。当期望的间距增加时，电极需第二次进入毛坯以使凹槽加宽；当期望的间距进一步增加时，则需要切割出一个新的凹槽，在这种情况下要通过适当的装置将凹槽之间不需要的工件材料去除，以使相邻叶片之间产生空间。合适的装置包括可侧向移动刀具支座或是侧向移动工件的装置，以利用细长的非线电极切割出连接两相邻径向凹槽底部的横向凹槽，并将工件中不需要的材料去除。
考虑到电极的宽度，也就是说当从到毛坯中的前进方向观察时，在长度方向的横向上形成短的尺寸，弯曲物(电极)的内径限定了叶片的外曲线，而弯曲物(电极)的外径限定叶片的内曲线。因为成型的弯曲电极有一个实际厚度，如果电极在内边缘和外边缘的区域中的宽度是一致的，弯曲物(电极)的内边缘的半径比外边缘的半径更小。因此，可用相同曲率(same curved)宽度一致的电极将叶片的两侧加工成为弯曲的翼形截面，该截面具有较薄的两个相对边缘和较厚的中央部分，呈长且窄的新月形，其内表面较为平坦而外表面较为弯曲。但是，优选地，通常可使用不同半径的弯曲电极来分别加工叶片的内表面和外表面，以实现准确的翼形状和横截面。截面的最厚的部分优选朝向每一叶片的前缘。
从向毛坯中的前进方向观察时，也就是在其宽度方向观察时，弯曲物不必局限为电极的形状。在观察其深度时，也就是说从侧面观察时，电极可能是弯曲的。这将使得完成的凹槽在一些部位要深于其他部位。因此，凹槽的根部会可能会被加工成弯曲的。
非线的电极可以被造型为横截面形状或区域或两者将随着其长度根据所希望的凹槽形状来变化。沿着其长度在不同的位置上将形成不同的形状。电极会具有不同程度的突起或缺口。电极也会带有孔，以加工带有未腐蚀材料的直立突起部的凹槽。
虽然细长的电极可以通常完全延伸过毛坯的边缘，并且两个端部支承到毛坯的两侧，但在一些情况下，其只是部分延伸过毛坯。至少由电极的一个道次所形成的凹槽仅在毛坯的一个侧面上形成，即电极所穿过的那一侧。这样的电极会在凹槽中以一个凹部停止，该凹部有可能是较浅的凹陷部或较深的叉状，或突起的尖端，或任何其他期望的形状。
在本发明中所使用的细长的非线电极将以任意方式形成，即其合适的组成材料例如石墨、铜、钨，或者任意的金属或非金属的材料，只要其能够适合于腐蚀法以及所使用的工件。相应的制造方法包括铸造、锻造、压制以及对实体进行机械切削加工。
当在其支座上的细长电极前进时，沿着限定了叶片的表面的叶片长度的方向，通过缓慢旋转支座可以在叶片上形成扭曲。一般需要的扭转角超过90度的情况非常少见。支座的旋转可通过任何合适装置来实现，从图1和图2中所示的机械导向装置，到使用步进电机或可编程扭曲控制或其他任何方法的电力设备或电子设备，均可实现支座的旋转。
下面将根据附图中例示性所描述的实施例来进一步讨论本发明的方案。在附图中图1是根据WO2004/076111的用于加工涡轮圆盘的电火花腐蚀设备的立体视图；以及图2是从不同且更近的角度来观察的图1中所示的根据WO2004/076111的设备的一部分的立体视图。
图3是使用不同的刀具电极来加工涡轮圆盘的另一种电火花腐蚀设备的立体视图；图4示出了图3所示的电极支座的分解图；图5a、5b和5c分别示出了图3和4所示电极的俯视图、正视图和横截面图；图6a、6b和6c示出了可替换成型电极的类似图；图7a、7b和7c示出了可替换成型电极的类似图；图8a、8b和8c分别示出了可替换成型电极的俯视图、正视图和端视图；图9a、9b和9c分别示出了可替换成型电极的俯视图、正视图和横截面图；图10a、10b和10c分别示出了可替换成型电极的俯视图、正视图和端视图；图11a、11b和11c示出了可替换成型电极的类似图；图12是示出图9的电极的使用的局部透视图；图13是示出图11的电极的使用的局部透视图；图14是示出图5的电极的使用的局部透视图；图15是示出图10的电极的使用的局部透视图；图16是示出图8的电极的使用的局部透视图；
图17是示出图7的电极的使用的局部透视图。
具体实施例方式
首先参照图1，图中示出的设备包括一个箱10，其包含适合的液体淬火剂12，该淬火剂为可在其中进行电火花腐蚀的电介质流体，例如可选用石蜡油或水基液。箱由平台14支撑，在其下有壳体16，可安装必要的电子和控制仪器，这些仪器可为现有技术中的任何类型的仪器。
在箱10后方，如图所示，是一个支柱18。支柱上端带有液压驱动器20，其在壳体16中的仪器的控制下可使驱动圆柱22上下运动。电子伺服驱动器是可接受的替换选择。驱动圆柱的下端带有水平支撑臂24，其含有刀座头26，将在图2中进行详细的描述。刀座头带有刀座或者说刀具支座28。
在箱10中，基座30浸入液体淬火剂12中，该基座带有垂直地位于刀座28下方的工件32。图1示出了从刀座中引出的正极导电电缆34，以及从基座引出的负极或是接地导电电缆36，两者均通入壳体16内的电源中。这种电源是通常电火花腐蚀所采用的电源。
图2示出了刀座和基座的更多的细节。
刀座头26包括旋转刻度盘40以及旋转刻度指针42，以指示出刀座28在旋转刻度盘之内绕垂直轴线相对于任意零位置的角位移。这种方式是可行的，因为刀座可绕此轴旋转，通过施加外力，克服外部可调张力回动弹簧43(图1)的阻力，可使其远离弹簧通常将其推向那里的止动件。旋转的零位置可为刀座抵靠止动件的位置。
基座上部具有导向支撑柱44，其上加工出了竖直槽46。导向斜体48被安装在斜体安装螺栓50的头部，其穿过槽46并通过螺母52被夹紧在其中一个选定的位置。在夹紧斜体安装螺栓时，操作者不仅仅需要设置斜体的高度，还要设置其角度。
导向斜体48是由摩擦小、电绝缘的材料制成，比如聚酰胺类材料。
刀座28上设置有横向延伸的导向销54，该销定位为使得，当液力驱动器20朝向工件32的作用力使刀座头26降低时，导向销与导向斜体的顶面接触并开始使刀座克服其回动弹簧的作用力转动到位于旋转刻度盘40之上的刻度盘指针42读出的读数的程度。如果接着驱动器20向上升起刀座头，那么回动弹簧的作用力将保持导向销与斜体表面相接触，因此所有运动均可精确地反向进行。可以理解，刀座的旋转和刀座的前进运动之间的关系完全由控制导向销54运动的导向斜体48的表面的轮廓、高度和斜度所控制。
工件32被安装在基座30上，绕心轴60进行旋转，心轴位于水平的换位轴线上；其旋转位置可由换位轮62进行手动控制，换位销64可选择不同的换位位置。整个换位设备可通过换位夹66手动地锁定。在产品应用中，方便地应用一种电动自动换位控制装置来取代手动换位轮62、销64以及换位夹66，该电动换位控制装置被连接在壳体16(如图1)中的电火花腐蚀控制仪器上。
在此示出的实施例中，工件是圆盘，其适合于加工成为一个具有围绕中心轴的径向叶片的涡轮圆盘。圆盘具有边缘表面68，在其中按照如下所述的方法加工凹槽，以加工叶片，为了图示，图中示出了两片叶片70。
为了加工凹槽，刀座带有一个弯曲的线刀具电极72。其采用最普遍的安装方式安装于刀座上，包括两个完全相对的可调节线座夹74，各自确定其线座臂76的位置和方向。线电极自身穿过位于每一个刀座臂下部的孔，每一个均通过螺钉78被夹紧在选定的旋转方位以及选定的沿其曲线长度上的位置。
很明显，线被安装在工件圆盘之上的刀座中，以精确选定的位置和方向跨过圆盘边缘，并具有明确的朝向工件的曲线，其被浸入淬火液中，准备开始电火花加工涡轮叶片。工艺的进行以及各设备的作用，如在此说明书中的前述一般性和具体的说明中所述那样。
在此例中，工件是铝合金的，直径为76mm且边缘厚度为4mm。线为纯铜制成，直径为1.6mm。甚至在电流为3安培电压为80v的试验设备中，可达到满意的腐蚀速率2mm/min。液力传动装置的前进速度以及电流的开/关切换均由壳体16中包含的通常仪器所控制。工件的材料腐蚀速度取决由线尺寸所限定的电流。
尽管图2示出了两个已经加工成形的叶片70，但是在实际中更加方便的是装配线电极以在由换位轮允许位置所确定的位置上加工每一个叶片的表面，无论是内表面还是外表面，在偏置和调节线电极位置之前，利用可调节线电极座夹和线电极座臂即可在同样的换位位置形成每个叶片的另一个表面。如果需要，工件圆盘32的相邻叶片70之间的任何残余附着部分将会最终被去除。
前述的线电极的使用能够直接应用到本发明的方法、工艺及设备，不同的是本发明将使用细长并非常坚硬的非线电极来代替线电极。
图3中示出了图1和2中示出的电火花腐蚀设备的更充分自动化的版本，并且在基本相同的操作环境中操作该设备将工件102加工成涡轮圆盘。但是，工件被安装到旋转换位单元110中，该旋转换位单元包括具有楔形(燕尾形)凹槽114的座112，在该凹槽中，滑座116在预期的位置上通过螺栓118来夹紧。滑座承载着摆动基座(或者说倾斜基座)120，其通过第一旋转编码器和步进电动机122的控制及驱动而围绕第一水平轴线旋转。基座120承载着旋转的心轴124，该心轴位于第二轴线上，该第二轴线垂直于第一轴线，但彼此不在一个平面上。心轴124通过第二旋转编码器和步进电动机126来转动和控制，并装配有工件102。
第一步进电动机122能够使得第二轴线以所需的精确角度来倾斜，以能够在该平面中达到正确的叶片根部角度。第二步进电动机126保证工件的正确的旋转换位，从而适合于均匀间隔开的多个叶片的数量和面位置。
在图3和图4中都示出了电极支座130。该电极支座包括固定头132(图4)和可置换头134，该可置换头具有周向凹槽136，将通过周向凹槽自动更换刀具的机床以已知的方式来控制可置换头。固定头132具有定位凹部138，其能够通过相应的凸缘140啮合到可置换头134中。可置换头携带两个以一定间距分别向下伸出的柱142，并且以凸缘144终止，这些凸缘144用于接通到电极150的细长刀具部的任一端部上的眼152中，其他更多的细节将在图5中示出。调节螺丝146将电极固定到柱上。
固定头132与步进电动机相结合，通过在垂直轴线上的旋转，进而转动头，该头包括携带有电极的可置换头134，同时使刀具垂直地前进(或收回)，以便为叶片提供所希望的扭曲。所有的运动都由CNC来控制。收回将以初始的前进路径退回。
多个可置换头134都存放在圆盘传送带(未示出)上，同时带有准备好的安装到各个可置换头上的恰当的电极。这使得刀具电极能根据需求而自动更换。
在眼152之间的电极的150的工作的刀具部(图5)，将通过眼安装到可置换头134上，该刀具部具有准矩形(或者说矩形的变体)横截面，并具有两个较低的圆形的前缘。其在俯视图中是弯曲的，但在侧视图上是笔直的。其使用方法在图14中示出。
电极160(图6)是另一相似电极，但在俯视图中是笔直的。
电极170(图7)是另一相似电极，在俯视图中是笔直的，但在侧视图中是后弯曲(recurved)的。其使用在图17中示出。
电极180(图8)仅安装在一个柱142上，并且以向下的尖端182终止，该电极具有半圆柱状的下部轮廓。其能够用于整理相邻叶片之间的工件的根部，如图16中所示。
电极190(图9)与电极150的仅一个端部相对应，并仅被安装在一个柱142上。其使用方法在图12中示出。
电极200(图10)仅安装在一个柱142上，并且以凹部终止，该凹部是几乎半圆的凹部202。其用于加工叶片的前缘轮廓，如图15中所示。
电极210(图11)也安装在一个柱142上，其以较深的叉形部终止，该叉形部具有圆形的内部顶点。其用于加工叶片的后缘轮廓，如图13中所示。
权利要求
1.一种方法，用于成形加工沿径向紧密隔开排列的重叠的成型叶片或轮叶，特别用于气体涡轮发动机尤其是用于小型气体涡轮发动机中的轴流压气机或涡轮中，包括将材料从实体毛坯中去除，使叶片或轮叶作为毛坯中的剩余材料而直立，当材料靠近于前进中的刀具时，引起材料的状态发生变化，从而实现材料的去除，刀具为细长的足够坚硬的部件而不是线，且刀具在前进时进行旋转，由此来形成所述成型叶片或轮叶的表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用所述旋转非线刀具电极进行放电加工实现所述去除。
3.一种工艺，在具有跨过边缘表面的厚度的工件毛坯的本体上成形加工出一排向所述边缘延伸的扭曲翼形叶片，包括将成型非线电极保持在支座中；将支座定位为在使得所述电极跨过所述边缘表面厚度的方向；使得电极向所述毛坯的边缘表面的方向前进；在所述电极和所述工件毛坯之间产生高电压放电，由此腐蚀在所述刀具电极之前的所述工件的一部分，并且形成跨过所述毛坯边缘的第一凹槽；使所述刀具前进到所述凹槽内以加深所述第一凹槽，并在所述前进过程中旋转所述刀具支座以使所述第一凹槽呈螺旋形；并以同样的方式在工件毛坯上成形加工出第二和更多相似的相邻凹槽，由此，在成对相邻凹槽之间的留存的工件本体具有扭曲翼形叶片的形状。
4.根据权利要求3所述的工艺，其中，所述相邻叶片是紧密隔开的，且从所述刀具的前进方向观察时，所述叶片是重叠的。
5.根据权利要求3或4所述的工艺，包括成形加工，将具有跨过圆周边缘表面的厚度的所述圆盘状毛坯工件成形加工成带有多个径向扭曲翼形叶片的轮轴，其采用沿径向向内推进所述刀具支座的方式加工每一个凹槽。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的工艺，其中，当沿所述轮轴径向以及沿所述轮轴轴向观察时，所成形的叶片是重叠的。
7.一种设备，用于成形加工紧密隔开径向排列的重叠成型叶片或轮叶，包括成型非线刀具和使其向实体毛坯前进的装置，所述装置可使所述材料靠近前进中的刀具时，所述材料的状态发生变化，以从其中去除材料，从而使所述叶片或轮叶作为所述毛坯的剩余材料直立；以及在前进过程中旋转刀具的装置，由此可形成所述成型叶片或轮叶的表面。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述成型非线刀具是放电加工电极。
9.一种设备，用于在具有跨过边缘表面的厚度的工件毛坯的本体上成形加工出向所述边缘延伸的一排扭曲的翼形叶片，包括保持到支座中的细长的成型非线电极；将所述细长电极定向在跨过边缘表面厚度的方向的定位装置；使得所述电极向毛坯边缘表面的方向前进的装置；在所述电极和所述工件毛坯之间产生高电压放电的装置，由此腐蚀所述刀具电极之前的工件的一部分，并因此而形成跨过所述毛坯边缘的第一凹槽；使所述刀具前进到凹槽内以加深所述第一凹槽的装置；以及，在所述前进过程中旋转所述刀具支座来使所述第一凹槽呈螺旋形的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括换位装置，可将所述工件毛坯通过一系列位置换位，在这些位置上可利用所述电极成形加工出连续的且深的螺旋状凹槽。
11.根据权利要求9或10所述的设备，包括可使所述电极沿着其前进路径收回、以将其从每个成形加工完的凹槽收回的装置。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，包括可在所述电极前进到凹槽的过程中侧向移动所述工件或所述电极支座从而可小斜度地成形加工所述凹槽的装置。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的设备，包括用于倾斜所述工件或者电极支座的装置，用于调整所述凹槽的斜度。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的设备，其中，所述成型的电极弯曲成弧形。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，弯曲电极的内半径限定所述叶片的外曲线，而弯曲电极的外半径限定所述叶片的内曲线。
16.根据权利要求14或15中任一项所述的设备，其中，所述叶片的内曲线比外曲线平坦，从而所述叶片的翼形截面具有较薄的两个相对边缘和较厚的中央部分。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的设备，其中，所述电极的前缘在其朝着工件的法向前进的方向上是圆形的。
18.根据权利要求9至17中任一项所述的设备，包括可侧向移动所述电极支座或是侧向移动所述工件的装置，以利用所述电极切割出连接两相邻径向凹槽底部的横向凹槽，并在一个工件去除它们之间的材料。
19.根据权利要求9至18中任一项所述的设备，其中，细长的非线电极具有准矩形横截面，并具有圆形的前缘。
20.根据权利要求9至19中任一项所述的设备，其中，所述细长的非线电极在沿着电极前进方向观察的俯视图中是弯曲的，而在侧视图中是笔直的。
21.根据权利要求9至19中任一项所述的设备，其中，所述细长的非线电极在沿着电极前进方向观察的俯视图中是笔直的，在侧视图中也是笔直的。
22.根据权利要求9至19中任一项所述的设备，其中，所述细长的非线电极在沿着电极前进方向观察的俯视图中是笔直的，而在侧视图中是后弯曲的。
23.根据权利要求9至19中任一项所述的设备，其中，所述细长的非线电极具有尖端形式的突起。
24.根据权利要求9至19中任一项所述的设备，其中，所述细长的非线电极以一个凹部终止。
25.一种产品，包括由根据权利要求1或2的方法或权利要求3至6中任一项所述的工艺加工出的叶片或轮叶，其中每一个叶片或轮叶都是在两个相对倾斜的凹槽中形成的，所以它是逐渐变薄的，底部比顶部厚。
26.一种压气机圆盘或涡轮圆盘，包括轮轴，带有沿径向向外的扭曲翼形叶片或轮叶，以用于气体涡轮发动机或者涡轮分子泵，可由任何前述的权利要求中的方法、工艺和设备来制造。
27.一种气体涡轮或涡轮分子泵，包括如权利要求26中所述的圆盘。
全文摘要
本发明涉及一种在压气机转子或涡轮圆盘或类似物(102)上的重叠的、径向扭曲翼形叶片或轮叶，其利用弯曲的刀具电极通过放电加工而制成，该刀具电极是不同于线的细长的、足够坚硬的部件(150)，该刀具电极在以螺旋路径前进的同时通过刀具支座(130)旋转，从而利用电极的外曲线成形加工各个叶片或轮叶的内表面，或者利用电极的内曲线成形加工各个叶片或轮叶的外表面，并且在各个叶片的表面加工完成之后，圆盘被换位到下一个旋转位置。
文档编号B23H1/04GK101052490SQ200580037901
公开日2007年10月10日 申请日期2005年9月9日 优先权日2004年9月9日
发明者克里斯托弗·乔治·布莱德, 保罗·道格拉斯·布莱德 申请人:布莱德捷斯有限公司