一种叶片加工方法及装夹工装与流程

本发明属于航空发动机叶片加工技术领域，涉及一种叶片加工方法及装夹工装。

背景技术：

电解加工是一种利用金属材料在电解质溶液中发生阳极电化学溶解的原理，借助成形的工具阴极将工件加工成形的工艺技术。该技术不受工件材料力学、机械性能限制，其零件表面加工质量高，无应力、无热影响区、工具阴极无损耗。振动光饰工艺是一种需将一定配比的工件、磨料、和磨液装入一定形状的容器中，磨料按一定的轨迹振动运动，使磨料对工件产生碰撞、滚压和微观磨削、刻划作用的表面光整工艺。近年来，航空发动机已经越来越向微细、精密的方向发展，随着新型航空发动机不断增多，致使叶片需求量呈爆发式增长。新型航空发动机压气机叶片的进排气边是一种高精度变曲面的微小弧形结构，该结构的叶片在航空发动机领域应用广泛。

目前，常用的叶片进排气边加工方法有：机械加工、辊轧与自适应抛光、精锻与自适应抛光、精密电解加工等。但上述方法在加工叶片进排气边微小弧形结构时都存在一些自身难以克服的不足。比如机械加工中由于残余应力集中而容易产生变形，加工成本高；自适应抛光对前工序的一致性要求高，且抛光砂带宽度限制了对叶片型面曲率变化大的地方的抛光效果；精密电解加工对电极精度和毛坯精度要求高，研制周期长等。精密电解加工针对叶片进排气边直接成型的难度极高，研制周期漫长，影响着精密电解加工的应用。

技术实现要素：

本发明提供一种叶片加工方法及装夹工装，利用精密电解加工技术加工叶片中心型面，再通过振动光饰技术实现叶片进排气边圆整，解决现有叶片精密电解加工技术研发周期长、研发难度大的问题。

本发明提供一种叶片加工方法，包括如下步骤：

步骤1：将叶片夹具和电极夹持工装固定在精密电解加工机床上，对电极配合面和叶片毛坯配合面进行找正；

步骤2：将电极安装在电极夹持工装上，叶片毛坯安装在叶片工装上；

步骤3：叶片毛坯对刀找到最终加工位置；

步骤4：根据零件特征设置电解加工的工艺参数；

步骤5：打开电源与电解液，开始叶片电解型面加工；

步骤6：电解型面加工完成后的叶片中心型面进入公差，进气边和排气边单侧法向余量约为0.03～0.1mm；

步骤7：根据电解后叶片进气边和排气边轮廓余量的状态，确定振动光饰加工的工艺参数以及加工耗材，将电解型面加工后的叶片安装在专用工装上，启动振动光饰设备开始叶片进气边和排气边切向振动光饰加工，在加工过程中利用振动光饰的尖边效应，使叶片进气边和排气边处的尖角逐渐变圆，轮廓逐渐进入公差的效果。

在本发明的叶片加工方法中，所述步骤7中的专用工装包括圆盘和多个用于固定叶片的夹具，所述圆盘圆心设有主轴，所述主轴上端设有用于与振动光饰机连接的转接件，多个夹具均匀布置在圆盘的圆周面上。

在本发明的叶片加工方法中，所述对电极配合面和叶片毛坯配合面进行找正，以保证三个配合基准面相对机床基准的垂直度≤0.01mm，平行度≤0.01mm。

在本发明的叶片加工方法中，电解加工工艺参数具体为：加工电压10～35v，电导率75～160ms/cm，电解液压力5～16bar，电解液温度20～35℃，振动频率30～50hz，振动幅度0.3～0.5mm，振动给电角度60～120°，进给速度0.1～1.0mm/min。

在本发明的叶片加工方法中，加工耗材为陶瓷磨料，形状为rmb/d104/05zs斜圆柱和rmb/d104/04d正三棱柱。

在本发明的叶片加工方法中，振动光饰加工中磨液选择ph值为7～9的弱碱性磨液。

在本发明的叶片加工方法中，振动光饰加工时间3～18h，电机转速1400～1440rpm，叶片进气边和排气边部位去除量在0.02～0.15mm。

本发明还提供一种叶片加工装夹工装，包括圆盘和多个用于固定叶片的夹具，所述圆盘圆心设有主轴，所述主轴上端设有用于与振动光饰机连接的转接件，多个夹具均匀布置在圆盘的圆周面上。

在本发明的叶片加工装夹工装中，所述夹具包括定位座和压板，所述定位座通过第一螺栓固定在圆盘上，所述压板通过第二螺栓安装在定位座上，叶片装夹在定位座和压板之间并通过第二螺栓夹紧。

在本发明的叶片加工装夹工装中，所述主轴通过两个分别设置在圆盘两侧面的锁紧螺栓固定在圆盘的圆心孔内。

传统叶片电解加工针对叶片进排气边形状精度需要迭代设计多套电极进行试验优化。如果叶片扭曲程度高，单个叶片的研制周期非常长，影响精密电解加工的应用。本发明结合精密电解加工零件一致性非常好的优势，提出电解加工与振动光饰工艺组合完成叶片全型面加工的工艺方法，将精密电解加工技术难以加工的叶片进排气边弧形结构利用振动尖边去除和倒圆效应实现圆整，减少了电解加工电极迭代计算难度和次数，提高了该处的加工精度。因此本发明适用于叶片快速、低成本的批量生产，具有巨大的潜在效益。

附图说明

图1是精密电解加工截面示意图；

图2是振动光饰前后叶片进气边截面图；

图3是振动光饰前后叶片排气边截面图；

图4是叶片振动光饰过程整体示意图；

图5是叶片振动光饰加工装夹工装正视图；

图6是叶片振动光饰加工装夹工装侧视图；

图7是叶片振动光饰加工装夹工装的夹具的正视图；

图8是叶片振动光饰加工装夹工装的夹具的侧视图。

具体实施方式

本发明提供一种叶片组合加工方法，先利用精密电解加工技术加工叶片中心型面，再通过振动光饰技术实现叶片进气边和排气边圆整，并最终使叶片全型面符合设计要求。

本发明的一种叶片加工方法，包括如下步骤：

步骤1：将叶片夹具和电极夹持工装固定在精密电解加工机床上，对电极配合面和叶片毛坯配合面进行找正；

具体实施时，所述精密电解加工机床为高频窄脉冲精密振动电解加工机床。对电极配合面和叶片毛坯配合面进行找正，以保证三个配合基准面相对机床基准的垂直度≤0.01mm，平行度≤0.01mm。

步骤2：将电极安装在电极夹持工装上，叶片毛坯安装在叶片工装上；

步骤3：叶片毛坯对刀找到最终加工位置；

步骤4：根据零件特征设置电解加工的工艺参数；

具体实施时，电解加工工艺参数具体为：加工电压10～35v，电导率75～160ms/cm，电解液压力5～16bar，电解液温度20～35℃，振动频率30～50hz，振动幅度0.3～0.5mm，振动给电角度60～120°，进给速度0.1～1.0mm/min。

步骤5：打开电源与电解液，开始叶片电解型面加工；

如图1是精密电解加工截面示意图，电解加工时叶背电极61和叶盆电极62相互靠拢，形成加工腔，电解液从电解液流道入口63进入加工腔在从电解液流道出口64流出，实现对叶片5的精密电解加工。

步骤6：电解型面加工完成后的叶片中心型面进入公差，进气边和排气边单侧法向余量约为0.03～0.1mm；

步骤7：根据电解后叶片进气边和排气边轮廓余量的状态，确定振动光饰加工的工艺参数以及加工耗材，将电解型面加工后的叶片安装在专用装夹工装上，启动振动光饰设备开始叶片进气边和排气边切向振动光饰加工，在加工过程中利用振动光饰的尖边效应，使叶片进气边和排气边处的尖角逐渐变圆，轮廓逐渐进入公差的效果。

图2是振动光饰前后叶片进气边截面图，图3是振动光饰前后叶片排气边截面图。

具体实施时，加工耗材为陶瓷磨料，形状为rmb/d104/05zs斜圆柱和rmb/d104/04d正三棱柱。振动光饰加工中磨液选择ph值为7～9的弱碱性磨液。振动光饰加工时间3～18h，电机转速1400～1440rpm，叶片进气边和排气边部位去除量在0.02～0.15mm。

如图4至8所示，为了满足振动光饰加工要求本发明设计了一种装夹工装，作为振动光饰的专用装夹工装，包括圆盘1和多个用于固定叶片5的夹具2。所述圆盘1圆心设有主轴11，所述主轴11上端设有用于与振动光饰机连接的转接件4，多个夹具2均匀布置在圆盘1的圆周面上。

所述夹具2包括定位座22和压板21，所述定位座22通过第一螺栓24固定在圆盘1上，所述压板21通过第二螺栓23安装在定位座22上，叶片5装夹在定位座22和压板21之间并通过第二螺栓23夹紧。

所述主轴11通过两个分别设置在圆盘1两侧面的锁紧螺栓12固定在圆盘1的圆心孔内。

进行振动光饰加工时，通过转接件4将装夹工装和振动光饰机固定连接，装夹工装伸入振动光饰机的内腔3中，将叶片5装夹到夹具2上，启动振动光饰设备开始叶片进气边和排气边切向振动光饰加工，如图8所示，图中箭头所示方向为磨料的运动方向，在加工过程中利用振动光饰的尖边效应，使叶片进气边和排气边处的尖角逐渐变圆，轮廓逐渐进入公差的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。