专利名称：整体叶盘电解开槽用电极和整体叶盘电解开槽加工方法
技术领域：
本发明涉及机械结构件电解加工技术领域，特别提供了一种整体叶盘电解开槽用电极。
背景技术：
在新研制的第四代航空发动机中，为提高发动机的推重比，采用了一种新的结构——整体叶盘。整体叶盘加工精度要求高，加工难度大。采用电解加工整体叶盘是高效优质低成本的加工方法，整体叶盘的电解加工分为开槽加工(或称为流道加工)和叶身型面加工。对于电解开槽加工的要求是加工效率要高，给叶身型面电解精密加工留的余量要均匀，以便使叶型精加工工序达到图纸要求。为此，整体叶盘的电解开槽加工，在提高效率的基础上，要满足下工序加工的要求，即余量要均匀。 目前，整体叶盘的电解开槽加工采用套料加工的方法进行，套料加工是采用近似于叶片横截面形状的电极，该形状是包络叶片所有截面的型面的最小包络面，采用套料加工时，电极在作直线进给的同时，电极还要按照叶片的扭转角度作旋转运动，将叶片的流道加工出来，该方法的缺点是加工的叶片截面形状是相同的，实际上叶片的各个截面是不同的，给后续工序叶型精加工留的加工余量是不均匀的，这对后面的叶型加工是很不利的，无法实现无余量精密电解加工。人们迫切希望获得一种技术效果优良的整体叶盘电解开槽用电极。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果优良的整体叶盘电解开槽用电极。为了满足电解开槽加工效率高，开槽加工后给叶身型面加工留的余量均匀的要求，使叶型精加工工序达到图纸要求。在叶盘的电解开槽加工中采用一种新的加工方法和新的电极结构，解决了加工效率低，保证所留的加工余量均匀，余量均匀程度< 3. 5mm，满足了后工序加工的要求，保证了零件的加工精度。本发明提供了一种整体叶盘电解开槽用电极，其特征在于所述整体叶盘电解开槽用电极整体为空心指状结构，电极内部为空心结构主要是作为电解液的通道，在其靠近指端处< 1/2全长的一段内的外型面上沿圆周方向1/3 — 1/2处每隔Imm开有一个O. 6mm宽的窄槽1，以便电解液能通过窄槽连通至加工区；所述整体叶盘电解开槽用电极内部设置有电解液输送管路2 ;所述电解液输送管路2的靠近加工段的指端处设有封堵结构3，使得电解液输送管路2为盲孔结构，电解液只能从窄槽I中流出。在电场作用下，工件阳极在电解液中发生溶解，达到对工件进行尺寸加工的目的，在电解加工中，电解液的压力一般为4 - 6mMPa,电极按照一定的轨迹向下运动，工作台按照一定的转速转动，二者运动形成叶片流道轨迹，完成叶盘流道的加工，加工效率可达到lmm/min,加工某机五级整体叶盘加工I个槽需要30分钟时间，加工一个整体叶盘需要一周的时间，与套料加工可以提高加工效率30%以上，叶身型面所留的余量均匀可达3. 5mm。给后续叶身型面电解精加工提供了有利的条件，保证了整体叶盘精密电解工艺技术的实现。所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的一端为安装轴段4，其外径为指端所在的加工段外径的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面为渐变的锥形结构，远离指端处的外型面外径逐渐变大。所述整体叶盘电解开槽用电极的总长为100mm，其中，外型面设置有窄槽I的轴段轴向长度为32mm;加工段的指端端部外型面外径为Φ 5mm，远离加工段的指端且与加工段外型面构成连续锥面的轴端总长度为55mm，加工段内部的电解液输送管路2横截面直径为Φ3. 5mm ;所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的安装轴段4设置有内螺纹配合结构5。本发明一种整体叶盘电解开槽加工方法，其特征在于使用整体叶盘电解开槽用电极作为专用工具，所述整体叶盘电解开槽用电极整体为空心指状结构；电极内部为空心结构主要是作为电解液的通道，在其靠近指端处< 1/2全长的一段内的外型面上沿圆周方向1/3 — 1/2处每隔Imm开有一个O. 6mm宽的窄槽I,以便电解液能通过窄槽连通至加工 区；所述整体叶盘电解开槽用电极内部设置有电解液输送管路2 ;所述电解液输送管路2的靠近加工段的指端处设有封堵结构3，使得电解液输送管路2为盲孔结构，电解液只能从窄槽I中流出；所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的一端为安装轴段4，其外径为指端所在的加工段外径的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面为渐变的锥形结构，远离指端处的外型面外径逐渐变大；在电场作用下，工件阳极在电解液中发生溶解，达到对工件进行尺寸加工的目的；电解加工过程中，电解液的压力为4 - 6MPa，电极按照一定的轨迹向下运动，工作台按照一定的转速转动，二者运动形成叶片流道轨迹，完成叶盘流道的加工，加工效率可达到lmm/min，加工某机五级整体叶盘加工I个槽需要30分钟时间，加工一个整体叶盘需要一周的时间，与套料加工可以提高加工效率30%以上，叶身型面所留的余量均匀可达3. 5mm。给后续叶身型面电解精加工提供了有利的条件，保证了整体叶盘精密电解工艺技术的实现。所述整体叶盘电解开槽用电极的总长为100mm，其中，外型面设置有窄槽I的轴段轴向长度为32mm;加工段的指端端部外型面外径为Φ 5mm，远离加工段的指端且与加工段外型面构成连续锥面的轴端总长度为55mm，加工段内部的电解液输送管路2横截面直径为Φ 3. 5mm ；所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的安装轴段4设置有内螺纹配合结构5。本发明的创新要点还在于I、电极的外型面是在整体叶盘零件三维设计图形中对叶片的流道进行分层扫描后获得的该流道不发生干涉的最大横截面的外形状，然后再通过圆整计算得到电极的形状，不是一种简单的几何图形，目的是通过开槽电解加工使流道的形状尽量接近叶片型面的形状，在后续的电解加工中余量均匀，容易获得高精度的复制精度。2、电极的出水口设计，电极的出水口设计对电解加工是十分重要的，它决定了电解液流场的好坏，电解加工中，流场不仅直接关系到电解加工精度的高低、表面质量的好坏，甚至会决定电解加工能否实施，合理的流场设计是电解加工得以成功的基础。电极的头部是加工整体叶盘叶片根部的，它的出水量要大，而电极的根部是加工叶尖的出水量相对头部的出水量要小些，这样才能保证流场的均匀性，根据使用要求，在电极的头部加工的窄槽较深，而在根部窄槽的深度较浅，出水量是不同的，使电解加工中获得了较好的流场。本发明所述新电极结构的使用，提高了整体叶盘电解开槽加工效率30%以上，取得了较好得经济效益。新型电极可以保证开槽后加工余量均匀，使后续整体叶盘叶型精密电解加工得以实现。对实现整体叶盘精密电解加工奠定了技术基础。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明图I是电极结构简图；图2是整体叶盘粗开槽轨迹法加工示意图；图3是整体叶盘开槽示意图。
具体实施例方式实施例I一种整体叶盘电解开槽用电极，其特征在于所述整体叶盘电解开槽用电极整体为空心指状结构，电极内部为空心结构主要是作为电解液的通道，在其靠近指端处< 1/2全长的一段内的外型面上沿圆周方向1/3 — 1/2处每隔Imm开有一个O. 6mm宽的窄槽I,以便电解液能通过窄槽连通至加工区；所述整体叶盘电解开槽用电极内部设置有电解液输送管路2 ;所述电解液输送管路2的靠近加工段的指端处设有封堵结构3，使得电解液输送管路2为盲孔结构，电解液只能从窄槽I中流出。在电场作用下，工件阳极在电解液中发生溶解，达到对工件进行尺寸加工的目的，在电解加工中，电解液的压力一般为4 - 6mMPa,电极按照一定的轨迹向下运动，工作台按照一定的转速转动，二者运动形成叶片流道轨迹，完成叶盘流道的加工，加工效率可达到lmm/min,加工某机五级整体叶盘加工I个槽需要30分钟时间，加工一个整体叶盘需要一周的时间，与套料加工可以提高加工效率30%以上，叶身型面所留的余量均匀可达3. 5mm。给后续叶身型面电解精加工提供了有利的条件，保证了整体叶盘精密电解工艺技术的实现。所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的一端为安装轴段4，其外径为指端所在的加工段外径的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面为渐变的锥形结构，远离指端处的外型面外径逐渐变大。所述整体叶盘电解开槽用电极的总长为100_，其中，外型面设置有窄槽I的轴段轴向长度为32mm;加工段的指端端部外型面外径为Φ 5mm，远离加工段的指端且与加工段外型面构成连续锥面的轴端总长度为55mm，加工段内部的电解液输送管路2横截面直径为Φ3. 5mm ;所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的安装轴段4设置有内螺纹配合结构5。本实施例一种整体叶盘电解开槽加工方法，其特征在于使用整体叶盘电解开槽用电极作为专用工具，所述整体叶盘电解开槽用电极整体为空心指状结构；电极内部为空心结构主要是作为电解液的通道，在其靠近指端处< 1/2全长的一段内的外型面上沿圆周方向1/3 — 1/2处每隔Imm开有一个O. 6mm宽的窄槽I,以便电解液能通过窄槽连通至加工区；所述整体叶盘电解开槽用电极内部设置有电解液输送管路2 ;所述电解液输送管路2的靠近加工段的指端处设有封堵结构3，使得电解液输送管路2为盲孔结构，电解液只能从窄槽I中流出；所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的一端为安装轴段4，其外径为指端所在的加工段外径的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面为渐变的锥形结构，远离指端处的外型面外径逐渐变大；在电场作用下，工件阳极在电解液中发生溶解，达到对工件进行尺寸加工的目的；电解加工过程中，电解液的压力为4 - 6MPa，电极按照一定的轨迹向下运动，工作台按照一定的转速转动，二者运动形成叶片流道轨迹，完成叶盘流道的加工，加工效率可达到lmm/min，加工某机五级整体叶盘加工I个槽需要30分钟时间，加工一个整体叶盘需要一周的时间，与套料加工可以提高加工效率30%以上，叶身型面所留的余量均匀可达3. 5mm。给后续叶身型面电解精加工提供了有利的条件，保证了整体叶盘精密电解工艺技术的实现。所述整体叶盘电解开槽用电极的总长为100mm，其中，外型面设置有窄槽I的轴段 轴向长度为32mm ;加工段的指端端部外型面外径为Φ 5mm，远离加工段的指端且与加工段外型面构成连续锥面的轴端总长度为55mm，加工段内部的电解液输送管路2横截面直径为Φ 3. 5mm ；所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的安装轴段4设置有内螺纹配合结构5。本实施例的创新要点还在于I、电极的外型面是在整体叶盘零件三维设计图形中对叶片的流道进行分层扫描后获得的该流道不发生干涉的最大横截面的外形状，然后再通过圆整计算得到电极的形状，不是一种简单的几何图形，目的是通过开槽电解加工使流道的形状尽量接近叶片型面的形状，在后续的电解加工中余量均匀，容易获得高精度的复制精度。2、电极的出水口设计，电极的出水口设计对电解加工是十分重要的，它决定了电解液流场的好坏，电解加工中，流场不仅直接关系到电解加工精度的高低、表面质量的好坏，甚至会决定电解加工能否实施，合理的流场设计是电解加工得以成功的基础。电极的头部是加工整体叶盘叶片根部的，它的出水量要大，而电极的根部是加工叶尖的出水量相对头部的出水量要小些，这样才能保证流场的均匀性，根据使用要求，在电极的头部加工的窄槽较深，而在根部窄槽的深度较浅，出水量是不同的，使电解加工中获得了较好的流场。本实施例所述新电极结构的使用，提高了整体叶盘电解开槽加工效率30%以上，取得了较好得经济效益。新型电极可以保证开槽后加工余量均匀，使后续整体叶盘叶型精密电解加工得以实现。对实现整体叶盘精密电解加工奠定了技术基础。本实施例所述电极结构如图I所示，其头部为电解加工的工作部分，外部形状近似锥形，这是由于整体叶盘叶片是开敞形状呈辐射状，直径大间隔大，流道的形状逐渐变大。在工作部分开有出水槽，根据流场分布开槽深浅不同，如果外形表面不能实现，也可以选择开口宽度不同来改变流量的大小。电极中间部分是一个四方形状，可以用来角向定位或夹紧用。电极的后部分的内腔是与电解液管道连接的部分，采用了管螺纹连接，使得连接后具有良好得密封作用。外部是Φ22_的外园，可以与电极的装夹部分连接，将电极把持在电极座体上，固定在机床上，与工件保持一个相对正确的位置。整体叶盘是第四代发动机采用的新结构，它将叶片和轮盘做成一体，减少了常规叶盘连接的榫头、榫槽和锁紧装置，避免了榫头连接气流损失，减轻了结构重量和零件数量，大幅度提高了发动机的工作效率、推重比和可靠性。整体叶盘结构复杂，精度要求高，采用数控铣削加工困难，尤其是对于采用航空难加工材料制造的叶盘给数控铣削带来了更大的难度，刀具损耗大，加工周期长，造成高的制造成本，为此要找到一种优质、高效、低成本制造整体叶盘的方法。电解加工整体叶盘加工效率高，成本低，据国外介绍电解加工较数控加工可提高加工效率30 60%，加工成本可降低5 10倍。目前国内整体叶盘电解加工设备及工艺研究刚刚起步，尚处于研发阶段。根据航空发动机大量采用整体叶盘的趋势以及新型号研制、提升制造技术的需要，开展整体叶盘电解加工设备及工艺研究是十分必要的。近几年来，我公司与高进行技术合作，在整体叶盘电解加工方面突破了整体叶盘电解加工的技术关键，开发了具有自主知识产权的设备和工艺技术，采用电解加工发动机整体叶盘是可行的，可以满足发动机叶盘零件优质、高效、低成本加工的目的。整体叶盘电解加工一般是都是由粗、精二道加工工序完成的，即电解开槽粗加工、 叶型精电解加工。粗加工用的电解机床主要是高效率地去除多余金属，在叶盘上加工出叶型流道，并给后续工序留有均匀的加工余量。精加工是保证叶片精度的最终加工，达到设计图纸的要求。粗加工开槽有套料和轨迹法二种。该方案为轨迹法加工，它是一种简单可行的方法。机床结构简单，运动形式易于实现。该方法采用工作台旋转带动工件转动，主轴头带动电极向下运动，二者的合成运动为一螺旋线轨迹。这样便在工件上形成一叶间流道，如图2、图3所示。在加工过程中每加工一个流道后，叶盘转动一个固定的角度，即分度，加工下一个流道，经过反复加工，在叶盘上形成等距的叶间流道。由上面图，电解机床有二个主要运动，即主轴上下运动Vz，工作台旋转运动n，再加上辅助运动，如径向距离的调整Vx，主轴对工作台中心位置的调整Vγ等。整体叶盘电解开槽加工后，就可以进行叶盘叶型的精密电解加工。
权利要求
1.整体叶盘电解开槽用电极，其特征在于所述整体叶盘电解开槽用电极整体为空心指状结构，电极内部为空心结构主要是作为电解液的通道，在其靠近指端处< 1/2全长的一段内的外型面上沿圆周方向1/3 - 1/2处每隔Imm开有一个O. 6mm宽的窄槽(1)，以便电解液能通过窄槽连通至加工区；所述整体叶盘电解开槽用电极内部设置有电解液输送管路(2 );所述电解液输送管路(2 )的靠近加工段的指端处设有封堵结构(3 )，使得电解液输送管路(2)为盲孔结构，电解液只能从窄槽(I)中流出。
2.按照权利要求I所述整体叶盘电解开槽用电极，其特征在于所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的一端为安装轴段(4)，其外径为指端所在的加工段外径的I. 5倍以上； 指端所在的加工段外型面为渐变的锥形结构，远离指端处的外型面外径逐渐变大。
3.按照权利要求2所述整体叶盘电解开槽用电极，其特征在于所述整体叶盘电解开槽用电极的总长为100mm，其中，外型面设置有窄槽(I)的轴段轴向长度为32mm ;加工段的指端端部外型面外径为Φ5_，远离加工段的指端且与加工段外型面构成连续锥面的轴端总长度为55mm，加工段内部的电解液输送管路(2)横截面直径为Φ 3. 5mm 所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的安装轴段(4)设置有内螺纹配合结构(5)。
4.整体叶盘电解开槽加工方法，其特征在于使用整体叶盘电解开槽用电极作为专用工具，所述整体叶盘电解开槽用电极整体为空心指状结构；电极内部为空心结构主要是作为电解液的通道，在其靠近指端处< 1/2全长的一段内的外型面上沿圆周方向1/3 - 1/2处每隔1_开有一个O. 6_宽的窄槽(1)，以便电解液能通过窄槽连通至加工区；所述整体叶盘电解开槽用电极内部设置有电解液输送管路(2);所述电解液输送管路(2)的靠近加工段的指端处设有封堵结构(3)，使得电解液输送管路(2)为盲孔结构，电解液只能从窄槽(I)中流出；所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的一端为安装轴段(4)，其外径为指端所在的加工段外径的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面为渐变的锥形结构，远离指端处的外型面外径逐渐变大； 在电场作用下，工件阳极在电解液中发生溶解，达到对工件进行尺寸加工的目的； 电解加工过程中，电解液的压力为4-6MPa，电极按照一定的轨迹向下运动，工作台按照一定的转速转动，二者运动形成叶片流道轨迹，完成叶盘流道的加工，叶身型面所留的余量为 3. 5mmο
5.按照权利要求4所述整体叶盘电解开槽加工方法，其特征在于所述整体叶盘电解开槽用电极的总长为100mm,其中，外型面设置有窄槽(I)的轴段轴向长度为32_ ;加工段的指端端部外型面外径为Φ 5mm,远离加工段的指端且与加工段外型面构成连续锥面的轴端总长度为55mm，加工段内部的电解液输送管路(2)横截面直径为Φ 3. 5mm ; 所述整体叶盘电解开槽用电极远离指端的安装轴段(4)设置有内螺纹配合结构(5)。
全文摘要
整体叶盘电解开槽用电极，其整体为空心指状结构，内部有电解液的通道，在其靠近指端处的外型面上沿圆周方向1/3－1/2处每隔1mm开有一个0.6mm宽的窄槽(1)；电极内部设置有电解液输送管路(2)；指端处设有封堵结构(3)使得电解液输送管路(2)为盲孔结构，电解液只能从窄槽(1)中流出。整体叶盘电解开槽加工方法使用整体叶盘电解开槽用电极作为专用工具，在电场作用下，工件阳极在电解液中发生溶解，达到对工件进行尺寸加工的目的；电解液的压力为4-6MPa，叶身型面所留的余量为3.5mm。本发明电解加工中余量均匀，容易获得高精度的复制精度；电解加工中获得了较好的流场。加工效率高。
文档编号B23H3/04GK102873416SQ20121036700
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者王德新, 朱海南, 于冰, 盛文娟 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司