叶片/整体叶盘全向进给脉动态精密电解加工装置及方法

本发明涉及电解加工技术领域，具体是涉及一种叶片/整体叶盘全向进给脉动态精密电解加工装置及方法。

背景技术：

航空发动机叶片、整体叶盘是实现气体压缩和膨胀、将功率转化为动力的核心零部件。航空发动机叶片、整体叶盘结构复杂、特征尺寸众多。在诸多特征结构中，前缘和后缘是对叶片气动效果和功率转换影响最大的关键结构。然而前后缘曲率半径小、母线在空间呈扭曲曲线、位于叶片厚度最薄、刚性最弱的两端，其精确制造极为困难。

电解加工是基于阳极电化学溶解原理实现材料去除的加工方式，具有加工效率高、无工具损耗、表面质量好以及加工与工件材料机械性能无关等优点，已经成为航空发动机叶片或整体叶盘精密加工的主要方法之一。目前，叶片或整体叶盘的叶形电解加工通常采用双向进给加工方式，即叶盆、叶背工具阴极在叶片两侧，电解液从毛坯前缘流入，沿工件毛坯分成两股液流，流经叶盆、叶背加工区后在后缘处交会流出。通过叶盆、叶背工具阴极的相互面向进给，同时加工叶片的叶盆、叶背和前后缘型面。然而，由于叶片前后缘始终处于电解液进液管和出液口处，该区域的电场和流场随着工具阴极的进给始终在剧烈变化，同时工具阴极前后缘方向上无进给运动，无法精确控制前后缘轮廓的变化过程。传统加工方法较好的保证了叶盆、叶背型面的精度，但精度要求最高且最重要的前后缘区域加工精度确难以控制，显然不合理。因此迫切的需要寻找一种可以保证叶片全轮廓的加工新方法，提升叶片前后缘电解加工精度。

在传统叶片或整体叶盘的叶形电解加工中，通常采用双向进给加工方式，如徐斌等在《一种钛合金大尺寸叶片电解加工方法》中采用的加工方法，该方法可以较好的保证叶盆和叶背的轮廓形状。但随着加工的进行，两工具电极不断靠近，前后缘处的开口电场、流场变化愈加急剧，这严重影响了前后缘的加工精度。朱栋等在《错合型阴极进给环形供液的叶片全轮廓电解系统及方法》中提出了一种使用错合型阴极构成环形供液流场的方法电解加工叶片，该方法有效减缓了前后缘处场强变化速率，提升了前后缘电解加工的重复性，然由于其仍为双面加工，在前后缘处无阴极进给运动，前后缘的形状精度难以控制。杨一明等在《工艺参数对电解套料加工叶片表面粗糙度影响研究》中采用电解套料加工方法,研究了工艺参数电解液浓度、电解液温度、加工速度对叶片表面粗糙度的影响,最终获得了最优叶片表面粗糙度的加工工艺参数，但由于套型加工无向叶片型面的进给运动，只能加工等截面叶片。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种叶片/整体叶盘全向进给脉动态精密电解加工装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提升叶片前缘和后缘的电解加工精度，保证叶片质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种叶片/整体叶盘全向进给脉动态精密电解加工装置及方法，包括夹具座、进液管和四个工具阴极，所述夹具座上开设有一个容置槽和四个安装槽，所述容置槽内用于放置毛坯，所述安装槽内分别用于放置各所述工具阴极，且所述工具阴极能够在所述安装槽内移动，位于待成型叶片前缘的所述工具阴极为前缘阴极，位于待成型叶片后缘的所述工具阴极为后缘阴极，位于待成型叶片叶盆的所述工具阴极为叶盆阴极，位于待成型叶片叶背的所述工具阴极为叶背阴极，且四个所述工具阴极之间围成一侧壁封闭的加工腔室，所述工具阴极移动过程中，所述加工腔室的侧壁始终保持封闭，所述加工腔室的内壁与毛坯的外壁之间形成加工间隙，所述进液管安装在所述夹具座上，所述工具阴极电连接电源负极，毛坯电连接电源正极。

优选地，所述前缘阴极上靠近所述容置槽的一侧和所述后缘阴极上靠近所述容置槽的一侧均设有v型槽，且所述叶盆阴极的两侧壁均与所述v型槽的内壁形成包括至少一接触线的接触区域，所述叶盆阴极与所述v型槽的接触线的两端分别延伸至待成型叶片的叶尖和叶根，所述叶背阴极的两侧壁均与所述v型槽的内壁形成包括至少一接触线的接触区域，所述叶背阴极与所述v型槽的接触线的两端分别延伸至待成型叶片的叶尖和叶根。

优选地，所述叶盆阴极的两侧壁能够分别与两个所述v型槽的内壁贴合，所述叶背阴极的两侧壁能够分别与两个所述v型槽的内壁贴合，且所述前缘阴极、所述后缘阴极、所述叶盆阴极和所述叶背阴极能沿着所述安装槽向相互靠近或远离的方向往复移动。

优选地，四股电解液分别从四个所述工具阴极上靠近待成型叶片的叶根处流入，分别流经叶片叶盆、叶背、前缘和后缘加工区后，从叶尖交汇流出。

优选地，四股电解液分别从四个所述工具阴极上靠近待成型叶片的叶尖处流入，流经叶片叶盆、叶背、前缘和后缘加工区后，从叶根处流出。

本发明还提供一种叶片/整体叶盘全向进给脉动态精密电解加工方法，使用上述技术方案中任一项所述的电解加工装置，包括以下步骤：

s1：安装所述电解加工装置，将毛坯放置于所述容置槽内，将各所述工具阴极分别放置于各所述安装槽内并使各所述工具阴极之间围成侧壁封闭的加工腔室，使各所述工具阴极分别与电源负极电连接，使毛坯与电源正极电连接；

s2：通电加工，通过所述进液管向所述加工间隙内通入电解液，并使电解液经所述加工间隙的一端流入，并经所述加工间隙的另一端流出，同时使各所述工具阴极相互靠近并对毛坯通电加工至毛坯形成叶片，且所述工具阴极在移动过程中，所述加工腔室的侧壁始终保持封闭。

优选地，s2步骤中，使所述叶盆阴极和所述叶背阴极向相互靠近或远离的方向往复移动，所述叶盆阴极和所述叶背阴极同步移动，所述叶盆阴极和所述叶背阴极相互靠近时为第一进给动作，相互远离时为第一退回动作，所述第一进给动作和所述第一退回动作交叉进行，且在进行所述第一进给动作时所述叶盆阴极和所述叶背阴极的位移量大于在进行所述第一退回动作时所述叶盆阴极和所述叶背阴极的位移量，进行所述第一进给动作和所述第一退回动作期间，所述叶盆阴极和所述叶背阴极处于所述毛坯最近点附近通电加工，处于其他位置时电源断开；所述前缘阴极和所述后缘阴极分别沿所述安装槽向相互靠近或远离的方向往复移动，且所述前缘阴极和所述后缘阴极同步移动，所述前缘阴极和所述后缘阴极向靠近毛坯的方向移动时为第二进给动作，向远离毛坯的方向移动时为第二退回动作，第二进给动作和第二退回动作交叉进行，且在进行所述第二进给动作时所述前缘阴极和所述后缘阴极的位移量大于在进行所述第二退回动作时所述前缘阴极和所述后缘阴极的位移量，所述第一进给动作和所述第二进给动作同时进行，所述第一退回动作和所述第二退回动作同时进行，进行所述第二进给动作和所述第二退回动作期间，所述前缘阴极和所述后缘阴极处于所述毛坯最近点附近通电加工，处于其他位置时电源断开。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的电解加工装置，夹具座上开设有一个容置槽和四个安装槽，容置槽内用于放置毛坯，从而将毛坯位置固定，安装槽内分别用于放置各工具阴极，且工具阴极能够在安装槽内移动，从而将工具阴极分别安装在毛坯的四周，以对毛坯的四周加工形成叶片的叶背、叶盆、前缘和后缘进行加工，便于形成叶片外部形状，四个工具阴极之间围成一侧壁封闭的加工腔室，从而使得加工腔室内的电场也为闭合电场，改变了现有的开口电场，消除了前缘和后缘开口电场的急剧变化，大幅提升了前缘和后缘加工电场的稳定性，有助于提升电解加工精度。

本发明提供的电解加工方法可采用全向进给脉动态加工模式，在每次进给或退回动作中，当各工具阴极移动至毛坯最近点附近通电加工，其它位置断电电解液冲刷。间歇溶解的加工方式使加工间隙中电解产物的累积效应显著降低，周期缩放的脉动态加工模式使电解液的排出产物的能力显著提升。在极短暂的加工周期内产物积累极少，对电解液流态和电导率的变化几无影响，将显著提高加工状态的一致性、重复性，减少加工的随机误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例一提供的电解加工装置用于加工叶片时的示意图；

图2是实施例二提供的电解加工方法用于加工整体叶盘时的示意图；

图3是实施例一提供的电解加工装置加工开始至结束的示意图；

图4是实施例二提供的电解加工方法中电压与振幅的耦合情况示意图；

图中：100-电解加工装置，1-夹具座，2-进液管，3-工具阴极，31-叶盆阴极，32-叶背阴极，33-前缘阴极，34-后缘阴极，4-毛坯，41-叶盆，42-叶背，43-前缘，44-后缘，5-加工间隙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种叶片/整体叶盘全向进给脉动态精密电解加工装置及方法，以解决现有的叶片与整体叶盘叶形电解加工方法难以保证叶片前缘和后缘质量的技术问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1和图3所示，本实施例提供一种电解加工装置100，既能够用于加工叶片，又能够用于加工整体叶盘或扩压器等具有复杂叶形的零部件，包括夹具座1、进液管2和四个工具阴极3，夹具座1上开设有一个容置槽和四个安装槽，容置槽内用于放置毛坯4，从而将毛坯4位置固定，安装槽内分别用于放置各工具阴极3，且各工具阴极3分别与不同的驱动装置相连，并能够在驱动装置的驱动下在安装槽内移动，各安装槽分别开设于容置槽的四周，从而将工具阴极3分别安装在毛坯4的四周，以对毛坯4的四周加工，并形成叶片的叶背42、叶盆41、前缘43和后缘44，便于形成叶片外部形状，位于待成型叶片前缘43的工具阴极3为前缘阴极33，位于待成型叶片后缘44的工具阴极3为后缘44阴极34，位于待成型叶片叶盆41的工具阴极3为叶盆41阴极31，位于待成型叶片叶背42的工具阴极3为叶背阴极32，且四个工具阴极3之间围成一侧壁封闭的加工腔室，且工具阴极3移动过程中，加工腔室的侧壁始终保持封闭，从而使得加工腔室内的电场也为闭合电场，改变了现有的开口电场，消除了前缘43和后缘44开口电场的急剧变化，大幅提升了前缘43和后缘44加工电场的稳定性，有助于提升电解加工精度，加工腔室的内壁与毛坯4的外壁之间形成加工间隙5，进液管2安装在夹具座1上，进液管2能够连通加工腔室与电解液的供液装置，并用于将电解液导入至加工间隙5内，工具阴极3电连接电源负极，毛坯4电连接电源正极，从而通过电解液对毛坯4进行材料去除，以形成所需叶片的形状。

具体地，叶盆阴极31上靠近容置槽的一侧为外凸曲面，能够形成叶片的叶盆41形状，且叶盆阴极31的两端均向远离叶背阴极32的方向延伸；叶背阴极32上靠近容置槽的一侧为内凹曲面，能够形成叶片的叶背42形状，且叶背阴极32的两端均向靠近叶盆阴极31的方向延伸，从而便于在叶盆阴极31和叶背阴极32相互靠近时，形成所需叶片的前缘43与后缘44；前缘阴极33上靠近容置槽的一侧和后缘阴极34上靠近容置槽的一侧均设有v型槽，且叶盆阴极31的两侧壁均与v型槽的内壁形成包括至少一接触线的接触区域，叶盆阴极31与v型槽的接触线的两端分别延伸至待成型叶片的叶尖和叶根，叶背阴极32的两侧壁均与v型槽的内壁形成包括至少一接触线的接触区域，叶背阴极32与v型槽的接触线的两端分别延伸至待成型叶片的叶尖和叶根，从而在各工具阴极3相互靠近时，叶背阴极32和叶盆阴极31的端部相互靠近并移动至靠近v型槽的槽底，从而使得叶片的前缘43和后缘44分别在v型槽的槽底形成尖端形状；四个工具阴极3同时按照规定的速度作匀速进给运动，同时对四个工具阴极3施加同频率、特定振幅的往复协同振动，进给中四个工具阴极3之间的贴合面始终保持贴合滑移状态。

叶盆阴极31的两侧壁能够分别与两个v型槽的内壁贴合，叶背阴极32的两侧壁能够分别与两个v型槽的内壁贴合，且叶背阴极32的侧壁与v型槽的内壁之间为面接触，即叶盆阴极31的侧壁斜率、叶背阴极32的侧壁斜率均与v型槽的侧壁斜率相等，从而保证在各工具电极移动时，叶盆阴极31的两侧壁能够始终与两个v型槽的内壁贴合，且叶盆阴极31的侧壁与v型槽的内壁之间为面接触，叶背阴极32的两侧壁能够始终与两个v型槽的内壁贴合，保证加工腔室侧壁的密封性，防止形成开口电场，保证叶片前缘43与后缘44的产品质量，且前缘阴极33和后缘阴极34能够分别沿待成型叶片的前缘43的法线方向和后缘44的法线方向往复移动，叶盆阴极31和叶背阴极32能够向相互靠近或远离的方向往复移动，从而在移动过程中，对毛坯4的侧壁进行限位，便于形成叶片的外部形状。

进液管2为四个，在实际工作过程中，进液管2可以设置在安装槽的上端，从而使得电解液从待成型叶片的叶尖处进入加工间隙5，流经各工具阴极3，从待成型叶片的叶根处携带电解产物流出，进液管2也可设置在安装槽的内底面，从而使得电解液从待成型叶片的叶根处进入加工间隙5，流经各工具阴极3，从待成型叶片的叶尖处携带电解产物流出。

实施例二

如图2和图4所示，本实施例提供一种电解加工方法，其特征在于：使用实施例一中的电解加工装置100，包括以下步骤：

s1：安装电解加工装置100，将毛坯4放置于容置槽内，将各工具阴极3分别放置于各安装槽内并使各工具阴极3之间围成侧壁封闭的加工腔室，从而使得加工腔室内的电场也为闭合电场，改变了现有的开口电场，消除了前缘43和后缘44开口电场的急剧变化，大幅提升了前缘43和后缘44加工电场的稳定性，有助于提升电解加工精度，使各工具阴极3分别与电源负极电连接，使毛坯4与电源正极电连接，便于进行通电加工；

s2：通电加工，通过进液管2向加工间隙5内通入电解液，并使电解液经加工间隙5的一端流入，并经加工间隙5的另一端流出，从而方便电解液携带电解产物排出，防止出现电解产物的大量累积，影响叶片的产品质量，同时使各工具阴极3相互靠近并对毛坯4通电加工至毛坯4形成叶片，且工具阴极3在移动过程中，加工腔室的侧壁始终保持封闭。

具体地，s2步骤中，使叶盆阴极31和叶背阴极32向相互靠近或远离的方向往复移动，叶盆阴极31和叶背阴极32同步移动，从而同时对叶片的叶盆41和叶背42处进行电解加工，保证叶片的叶盆41和叶背42形状，叶盆阴极31和叶背阴极32相互靠近时为第一进给动作，相互远离时为第一退回动作，第一进给动作和第一退回动作交叉进行，且在进行第一进给动作时叶盆阴极31和叶背阴极32的位移量大于在进行第一退回动作时叶盆阴极31和叶背阴极32的位移量，保证叶盆阴极31和叶背阴极32之间的距离逐渐缩小，以形成叶片，进行第一进给动作和第一退回动作期间，叶盆阴极和叶背阴极处于毛坯最近点附近通电加工(更优的，毛坯最近点，即单次进给或退回时，各阴极距离毛坯最近点的附近，具体如图4所示)，处于其他位置时电源断开，在脉动态电解加工模式中，当阴极工具协同做“收缩运动”的同时，可叠加小幅周期开合运动。间歇溶解的加工方式使加工间隙中电解产物生成量显著减少，提高加工状态的一致性、重复性，减少加工的随机误差；前缘阴极33和后缘阴极34分别沿待成型叶片的前缘43的法线方向和后缘44的法线方向往复移动，且前缘阴极33和后缘阴极34同步移动，从而同时对叶片的前缘43和后缘44处进行电解加工，保证叶片的前缘43和后缘44形状，前缘阴极33和后缘阴极34向靠近毛坯4的方向移动时为第二进给动作，向远离毛坯4的方向移动时为第二退回动作，第二进给动作和第二退回动作交叉进行，且在进行第二进给动作时前缘阴极33和后缘阴极34的位移量大于在进行第二退回动作时前缘阴极33和后缘阴极34的位移量，保证前缘阴极33和后缘阴极34之间的距离逐渐缩小，以形成叶片，第一进给动作和第二进给动作同时进行，第一退回动作和第二退回动作同时进行，进行第二进给动作和第二退回动作期间，叶盆阴极和叶背阴极处于毛坯最近点附近通电加工，处于其他位置时电源断开，在脉动态电解加工模式中，当阴极工具协同做“收缩运动”的同时，可叠加小幅周期开合运动。间歇溶解的加工方式使加工间隙中电解产物生成量显著减少，提高加工状态的一致性、重复性，减少加工的随机误差。随着四个工具阴极3的加工进给与退回，叶片逐渐成型，直至进给结束。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。