一种变截面内腔工具阴极电解加工大扭曲叶盘的方法与流程

本发明公布了一种变截面内腔工具阴极电解加工大扭曲叶盘的方法，属于电解加工技术领域。

背景技术：

电解加工是基于金属在电解液中发生阳极溶解的原理达到材料去除的一种工艺方法。作为特种加工的主要方法之一，电解加工技术凭借加工速度快、工具无损耗、不产生切削残余应力，以及不受材料力学性能影响等突出优点，广泛的应用于航空、航天制造领域。近年来，由于具有较高的加工效率，电解加工逐渐成为加工整体叶盘的主要方法。

整体叶盘结构复杂，叶片布局紧凑，这在很大程度上增加了整体叶盘在加工中的难度。目前，电解加工复杂型面整体叶盘主要分为两道工序：粗加工叶栅通道和精加工叶片型面。应用的整体叶盘的电解预加工方法存在着余量差较大，轮毂表面加工精度等问题，提出合理、经济的加工工艺方法一直是相关从业人员研究的焦点和热点。

针对整体叶盘的电解预加工方法主要包括：套料电解加工、径向进给电解加工和数控展成电解加工。电解套料加工方法通过工具阴极沿叶盘径向直线运动加工出叶片，只能加工出等截面的叶片；径向进给电解加工方法采用成型阴极沿叶盘径向直线运动加工出叶栅通道，对于扭曲程度较大的叶栅通道，加工得到的叶片型面轮廓与理论轮廓间存在一定的误差；数控展成电解加工方法可对变截面叶栅通道进行加工，但工具阴极的轨迹为直纹可展面，所以也无法加工出型面扭曲程度较大的叶片。近十年，也提出了一些关于电解加工整体叶盘的中国专利，如朱荻、徐庆和徐正扬的中国专利第200910025834.7号提出一种多电极螺旋进给整体叶轮叶间流道电解加工方法；徐正扬、张聚臣、刘嘉、朱栋和朱荻的中国专利第

201410013249.6号提出一种可直线与旋转复合进给的整体叶盘电解加工工具及方法。这两项专利提出的对于整体叶盘的电解加工方法都是采用成型阴极直接加工出叶栅通道，然后通过加工出两个叶栅通道后间接加工出一个完整的叶片，使得加工后的叶片型面精度较差，余量差较大，增加了之后精加工叶片型面的难度。

技术实现要素：

本发明针对电解套料加工方法难以加工大扭曲叶片整体叶盘的不足，提出一种变截面内腔工具阴极电解加工大扭曲叶盘的方法。该方法通过工具阴极在加工时做直线与旋转的复合运动在阴极型腔内部由刀刃的运动轨迹叠合形成叶片轮廓，得到的叶片型面精度高，为后续精加工叶片型面提供了加工基础。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种变截面内腔工具阴极电解加工大扭曲叶盘的方法，包括用于加工目标叶片的叶盘毛坯、加工机床，所述加工机床内设有加工装置和叶盘转轴，所述叶盘毛坯固定在所述叶盘转轴上，其特征在于：所述加工装置包括阴极固定座、加工轴、工具阴极，所述阴极固定座设有开口设置的型腔，所述加工轴固定于所述阴极固定座上并延伸至所述型腔内，所述工具阴极固定于所述加工轴延伸至所述型腔内的部位，所述工具阴极由若干可自由伸缩的杆组成，所述工具阴极两侧均设有阴极端盖，所述型腔内还设有电动推杆，所述电动推杆的一段固定在所述型腔的侧壁上，所述电动推杆的另一端与所述工具阴极连接，所述阴极固定座上还设有电解液进液口，所述电解液进液口与所型腔连通

本发明进一步设置为,包括以下加工方法：

(1)设定目标叶片形状：根据所述目标叶片的形状设置所述工具阴极在开始加工前的截面形状，所述工具阴极在所述加工机床内x轴线、y轴线和z轴线方向上的移动分别控制所述工具阴极在所述加工机床内左右、前后和上下三个方向的位置；

(2)工具阴极进给：进给时将所述工具阴极和所述阴极固定座视为一个整体装置，所述阴极固定座在所述加工轴的作用下沿所述叶盘毛坯径向运动，同时所述工具阴极也沿所述叶盘毛坯径向运动；

(3)工具阴极旋转：所述阴极固定座做旋转运动，由所述电动推杆带动所述工具阴极根据所述目标叶片型面的扭转趋势做相应的旋转运动；

(4)整体叶盘毛坯旋转：在所述叶盘毛坯上每加工完成一个所述目标叶片，所述叶盘转轴都会使所述叶盘毛坯绕自身的中轴线转动角度θ(n为整体叶盘总共的叶片个数)。

本发明进一步设置为：加工时，在所述工具阴极的型腔内部会不断形成由所述工具阴极的运动轨迹组成的封闭曲线和平面，所述工具阴极进给到轮毂表面时，之前形成的若干组封闭曲线和平面叠加在一起成形目标叶片型面和目标叶片轮廓。

本发明进一步设置为：所述阴极固定座的进给运动与所述工具阴极的旋转运动同时开始和结束，工具阴极每次只需要进给一次就能加工完成一个目标叶片，待目标叶片加工完成后，所述工具阴极退出完成的目标叶片。

本发明进一步设置为：调节工具阴极时生成的运动轨迹示意图和目标叶片的投影图在轨迹数量上相等，形状上相似。

本发明进一步设置为：电解液从所述电解液进液口流入，通过所述阴极固定座和所述阴极端盖内部流到加工区域。

综上所述，本发明的有益效果是：该方法主要加工大扭曲叶片整体叶盘，相对于普通整体叶盘，大扭曲叶片整体叶盘在新型中小航空发动机设计、制造中能够满足发动机高速、高推重比及高可靠性的要求，应用广泛；工具阴极沿叶盘径向直线运动，并在加工过程中根据叶片型面的扭转趋势进行相应的旋转运动，对于不同扭曲程度的叶片型面可以设置不同的进给路径，具有较强的柔性；该方法通过电解成形加工直接加工出叶片，得到的叶片型面轮廓与理论轮廓存在的误差很小，叶片型面精度较高，余量差较小，也为后续精加工叶片型面提供了加工基础；每加工一个叶片，工具阴极只需要进给一次，减少了接刀痕也提高了加工效率；电解液从电解液进口流入，通过电解液出口流经加工区域，电解液进液口和出液口可以随时打开和关闭，降低了电解液的损耗，操作也简单可靠。

附图说明

图1是成形进给的大扭曲叶片整体叶盘电解加工方法原理图；

图2是工具阴极运动原理图；

图2a是工具阴极结构图；

图2b是工具阴极在调节过程中运动的轨迹图；

图3是工具阴极加工叶片过程图；

图3a是加工开始时工具阴极和叶片位置图；

图3b是加工完成一个叶片时工具阴极和叶片位置图；

图4是叶片成形过程原理图；

图4a是叶片成形过程中截面投影图；

图4b是工具阴极运动轨迹叠加形成的叶片轮廓图；

图5是实际加工出的叶片结构图；

图6是完成整体叶盘电解预加工后的整体叶盘结构图，θ表示每加过一个叶片后整体叶盘毛坯转动的角度。

附图标记：1、整体叶盘毛坯；101、轮毂；2、叶片；3、工具阴极；4、阴极端盖；5、电动推杆；6、加工轴；7、阴极固定座；701、电解液进液口；8、电极；9、叶盘转轴。

具体实施方式

一种变截面内腔工具阴极电解加工大扭曲叶盘的方法，包括用于加工目标叶片2的叶盘毛坯1、加工机床，所述加工机床内设有加工装置和叶盘转轴9，所述叶盘毛坯1固定在所述叶盘转轴9上，其特征在于：所述加工装置包括阴极固定座7、加工轴6、工具阴极3，所述阴极固定座7设有开口设置的型腔，所述加工轴6固定于所述阴极固定座7上并延伸至所述型腔内，所述工具阴极3固定于所述加工轴6延伸至所述型腔内的部位，所述工具阴极3由若干可自由伸缩的杆组成，所述工具阴极3两侧均设有阴极端盖4，所述型腔内还设有电动推杆5，所述电动推杆5的一段固定在所述型腔的侧壁上，所述电动推杆5的另一端与所述工具阴极3连接，所述阴极固定座7上还设有电解液进液口701，所述电解液进液口701与所型腔连通。

作为本发明的一种技术优化方案，加工时，在所述工具阴极3的型腔内部会不断形成由所述工具阴极3的运动轨迹组成的封闭曲线和平面，所述工具阴极3进给到轮毂101表面时，之前形成的若干组封闭曲线和平面叠加在一起成形目标叶片2型面和目标叶片2轮廓。

作为本发明的一种技术优化方案，所述阴极固定座7的进给运动与所述工具阴极3的旋转运动同时开始和结束，工具阴极3每次只需要进给一次就能加工完成一个目标叶片2，待目标叶片2加工完成后，所述工具阴极3退出完成的目标叶片2。

作为本发明的一种技术优化方案，调节工具阴极3时生成的运动轨迹示意图和目标叶片2的投影图在轨迹数量上相等，形状上相似。

作为本发明的一种技术优化方案，电解液从所述电解液进液口701流入，通过所述阴极固定座7和所述阴极端盖4内部流到加工区域。

本发明方法的具体实施步骤：

步骤一：加工开始前，先根据目标叶片2顶部的截面形状调节好工具阴极3最初的截面形状，同时通过电动推杆5将工具阴极3安装在阴极固定座7上，然后将阴极固定座7沿整体叶盘毛坯1径向放置且阴极固定座7在整体叶盘毛坯1的圆周上；

步骤二：将电解加工电源正极8与整体叶盘毛坯1连接，电源负极8接到加工轴6上，保持电源稳定，同时打开电解液进液口701，电解液会通过阴极固定座7和阴极端盖4内部流经到加工区域；

步骤三：开始加工时，阴极固定座7在加工轴6的作用下沿叶盘径向进给，同时做旋转运动，电动推杆5连接工具阴极3，控制工具阴极3做进给运动和根据叶片型面的扭转趋势做相应的旋转运动；

步骤四：进给一次加工出一个叶片2，如图4b所示，其中α为开始时的加工面，β为结束时的加工面，加工方向如图中箭头所示，完成加工后，阴极固定座7和工具阴极3会进行与步骤三相反的运动退出完成的叶片2；

步骤五：每加工完成一个叶片2后，整体叶盘毛坯1会在叶盘转轴9的作用下转动角度θ；

步骤六：加工过程一直重复步骤三到步骤五，直到完成大扭曲叶片整体叶盘的电解预加工；

步骤七：在加工完成最后一个叶片2前关闭电解液进液口701，通过电解液通道内部的电解液加工完成最后一个叶片2，避免了工具阴极3对加工面的二次腐蚀。