本發(fā)明涉及一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片型面加工技術(shù)，具體地說是一種葉片型面精密電解成型電極及加工方法。

背景技術(shù)：

電解加工的原理是利用金屬在電解液中可以發(fā)生陽極溶解的原理而去除材料，將工件加工成型的一種非傳統(tǒng)切削加工方法。電解加工時(shí)，工具(刀具)作為陰極、工件作為陽極連接到直流電源。在電解液中，工具陰極以一定的速度移向工件陽極，工具和工件之間發(fā)生電荷交換，陽極工件材料被溶解，并被高速流動(dòng)的電解液帶走，從而達(dá)到非常精確的加工要求。

采用電解方法進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片加工，在國外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上已廣泛應(yīng)用，如德國MTU公司如今超過90％的壓氣機(jī)葉片使用這一工藝加工。(“臺(tái)風(fēng)”引擎RB199的中壓和高壓壓氣機(jī)，EJ200發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī))。

目前，針對(duì)此類壓氣機(jī)葉片現(xiàn)行主導(dǎo)工藝采用冷軋板毛坯，葉身型面采用輥軋與手工拋光的加工方法。由于葉片型面變化曲率大、端彎、后掠，目前主導(dǎo)工藝輥軋加工達(dá)不到無余量，加工后葉片變形，造成型面超差，制造符合性差。在輥軋工藝無法實(shí)現(xiàn)進(jìn)排氣邊緣精密加工的情況下，采用數(shù)控銑的方法加工葉身型面，可以實(shí)現(xiàn)葉身型面精密加工的目標(biāo)，但成本和效率均不能滿足批產(chǎn)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中采用數(shù)控銑的方法加工葉身型面存在效率低、成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定、不能滿足批產(chǎn)要求等不足，本發(fā)明要解決的問題是提供一種效率高，成本低，減少大量的刀具消耗和數(shù)控設(shè)備占用時(shí)間的葉片型面精密電解成型電極及加工方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種葉片型面精密電解成型電極，包括葉背成型電極、葉盆成型電極以及定位裝夾裝置，其中定位裝夾裝置安裝到機(jī)床的縱向Z軸的轉(zhuǎn)接盤上，葉片工件裝配在定位裝夾裝置上；葉背成型電極和葉盆成型電極分別與電解機(jī)床X1、X2軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸連接；葉背成型電極、葉盆成型電極合模，與定位裝夾裝置形成密封腔，葉片工件被封閉于密封腔中；密封腔通過電解液進(jìn)液口和電解液出液口與外部電解液管路連通。

葉背成型電極具有葉背絕緣密封塊和葉背工作陰極，該葉背絕緣密封塊上設(shè)有凹槽，葉背工作陰極設(shè)于葉背絕緣密封塊中部，并與葉背絕緣密封塊形成凹槽；葉盆成型電極具有葉盆絕緣密封塊和葉盆工作陰極，葉盆工作陰極設(shè)于葉盆絕緣密封塊中部，在葉盆工作陰極和葉盆絕緣密封塊之間具有凸臺(tái)；定位裝夾裝置上設(shè)有絕緣密封壓蓋；凹槽、凸臺(tái)以及絕緣密封壓蓋相對(duì)應(yīng)并配合，在葉背工作陰極和葉盆工作陰極之間形成一個(gè)相對(duì)封閉的密封腔，將待加工的葉片封閉在內(nèi)，構(gòu)成密封穩(wěn)流結(jié)構(gòu)。

葉背工作陰極和葉盆工作陰極通過電纜與脈沖電源的正極連接，葉片工件通過電纜與脈沖電源的負(fù)極連接。

電解機(jī)床為具備多軸的高頻窄脈沖精密電解機(jī)床，其具有可快速定位并分別與機(jī)床X1、X2兩進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸連接的第一、二HSK高精度液壓夾頭，葉背成型電極和葉盆成型電極分別連接在第一、二HSK高精度液壓夾頭上。

電解液進(jìn)液口和電解液出液口分別設(shè)置在葉盆成型電極上、葉盆絕緣密封塊的兩側(cè)，電解液進(jìn)液口與外部高壓電解液管路連接。

葉背成型電極前端設(shè)有陰極對(duì)刀銷，葉盆成型電極前端的相應(yīng)位置設(shè)有陰極對(duì)刀孔。

葉背成型電極上部設(shè)有葉片對(duì)刀銷。

本發(fā)明一種葉片型面精密電解成型電極的加工方法，包括以下步驟：

在高頻窄脈沖精密電解機(jī)床上安裝葉背成型電極和葉盆成型電極，并確定背成型電極和葉盆成型電極的相對(duì)位置；

將葉片工件裝配在定位裝夾裝置上，并安裝到機(jī)床的縱向Z軸的轉(zhuǎn)接盤上，并確定葉片與葉背成型電極的相對(duì)位置；

將葉片送入葉背成型電極和葉盆成型電極之間的空腔內(nèi)；

操作進(jìn)給軸運(yùn)行，使空腔形成密封腔，將待加工的葉片封閉在內(nèi)；

將電解液進(jìn)液口接通高壓的電解液，使密封腔內(nèi)迅速充滿流場(chǎng)分布均勻的電解液；

葉背工作陰極和葉盆工作陰極通過電纜與脈沖電源的正極連接，葉片工件通過電纜與脈沖電源的負(fù)極連接；在葉背工作陰極、葉盆工作陰極與葉片之間施加電壓5～25V、脈沖50～1000Hz、電流幾百到上萬安培的脈沖電流；通電時(shí)間為5～10分鐘。

完成一個(gè)葉片葉型的加工后，將葉背成型電極、葉盆成型電極向后退回至安全距離，將夾持葉片的Z軸抬高至安全距離，更換新的待加工葉片，循環(huán)上述步驟完成新的葉片型面的精密電解加工。

使空腔形成密封腔為：葉背成型電極中的葉背絕緣密封塊與葉盆成型電極中的葉盆絕緣密封塊和定位裝夾裝置中絕緣密封壓蓋相對(duì)應(yīng)并配合，在葉背工作陰極和葉盆工作陰極之間形成一個(gè)相對(duì)封閉的密封腔，將待加工的葉片封閉在內(nèi)，構(gòu)成密封穩(wěn)流結(jié)構(gòu)。

確定背成型電極和葉盆成型電極的相對(duì)位置為：

在高頻窄脈沖精密電解機(jī)床上，通過其第一、二HSK高精度液壓夾頭分別裝夾葉背成型電極和葉盆成型電極；

通過HSK高精度液壓夾頭，快速定位并精確的與機(jī)床X1、X2兩進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸連接，通過電極對(duì)刀銷確保葉背成型電極與葉盆成型電極的相對(duì)位置。

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明解決了壓氣機(jī)葉片成型精度高的加工難題，提出一種新的精密電解加工的成型電極及其工藝方法，保證葉片型面的無余量加工，相對(duì)于數(shù)控銑加工方法，電解加工成本僅為數(shù)控銑成本的10％，效率卻是其3倍以上。同時(shí)保證了葉片零件加工質(zhì)量，適于大批量生產(chǎn)，具有巨大的潛在效益。

2.本發(fā)明通過一對(duì)成型電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及與葉片工件裝夾定位裝置的裝配關(guān)系構(gòu)成密封穩(wěn)流結(jié)構(gòu)，保證葉片工件與電極的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在加工過程中始終處于壓力密封狀態(tài)，保證流場(chǎng)的均勻性與穩(wěn)定性，并通過選擇加工參數(shù)以及加工程序編制，實(shí)現(xiàn)葉片型面精密電解加工，可以實(shí)現(xiàn)高效、低成本的批量生產(chǎn)。

3.本發(fā)明可應(yīng)用于壓氣機(jī)葉片制造領(lǐng)域，適用于鈦合金、高溫合金等材料的葉片型面無余量加工，方法不同于傳統(tǒng)的機(jī)械加工，應(yīng)用電解加工壓氣機(jī)葉片成本低、效率高，可有效解決此類葉片加工精度高等技術(shù)難題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為葉片成型電極與葉片裝夾裝置裝配關(guān)系圖；

圖2為葉背成型電極結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為葉盆成型電極結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為葉片成型陰極及電解液流場(chǎng)方式示意圖。

其中，1為葉片工件，2為定位裝夾裝置，3為葉背成型電極，4為葉盆成型電極，5為絕緣密封壓蓋，6為葉背工作陰極，7為葉片對(duì)刀銷，8為葉背絕緣密封塊(凹槽)，9為葉背電極底座，10為電極對(duì)刀銷，11a為第一HSK高精度液壓夾頭，11b為第二HSK高精度液壓夾頭，12為電解液進(jìn)液口，13為電解液出液口，14為葉盆工作陰極，15為葉盆絕緣密封塊，16為葉盆電極底座，17為密封腔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

本發(fā)明提供一種用于壓氣機(jī)無安裝板類靜子葉片葉型精密電解無余量加工的成型電極及工藝方法，包括三維翼型曲面工作陰極、密封穩(wěn)流結(jié)構(gòu)、電解液進(jìn)/出液口以及專用的HSK液壓夾頭等。工作陰極為葉片成型加工的核心工具，電極型面部分可以根據(jù)葉片零件的不同結(jié)構(gòu)、通過間隙計(jì)算而設(shè)計(jì)成不同的形狀，電解液流場(chǎng)采用行程最短原則，進(jìn)/排氣邊進(jìn)入，排/進(jìn)氣邊流出，使加工過程更加穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)高效、低成本加工。

本發(fā)明一種葉片型面精密電解加工的成型電極及工藝方法，實(shí)施的前提是采用電解或其他方法進(jìn)行葉片粗加工的基礎(chǔ)上，葉片型面余量基本控制在0.3～1.2mm之間，主要針對(duì)壓氣機(jī)葉片型面以及難加工的前后緣進(jìn)行精加工，實(shí)施的條件是具備多軸的高頻窄脈沖精密電解機(jī)床。

如圖1～4所示，本發(fā)明一種葉片型面精密電解成型電極，包括葉背成型電極3、葉盆成型電極4以及定位裝夾裝置2，其中定位裝夾裝置2安裝到機(jī)床的縱向Z軸的轉(zhuǎn)接盤上，葉片工件1裝配在定位裝夾裝置2上；葉背成型電極3和葉盆成型電極4分別與電解機(jī)床X1、X2軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸連接；葉背成型電極3、葉盆成型電極4合模，與定位裝夾裝置2形成密封腔，葉片工件1被封閉于密封腔中；密封腔通過電解液進(jìn)液口12和電解液出液口13與外部電解液管路連通。

如圖2所示，葉背成型電極3具有葉背絕緣密封塊8和葉背工作陰極6，該葉背絕緣密封塊8上設(shè)有凹槽，葉背工作陰極6設(shè)于葉背絕緣密封塊8中部，并與葉背絕緣密封塊8形成凹槽；葉背成型電極3上部設(shè)有葉片對(duì)刀銷7，做為電極坐標(biāo)的參考點(diǎn)。

如圖3所示，葉盆成型電極4具有葉盆絕緣密封塊15和葉盆工作陰極14，葉盆工作陰極14設(shè)于葉盆絕緣密封塊15中部，在葉盆工作陰極14和葉盆絕緣密封塊15之間具有凸臺(tái)；，葉盆成型電極4前端的相應(yīng)位置設(shè)有陰極對(duì)刀孔；定位裝夾裝置2上設(shè)有絕緣密封壓蓋5；凹槽、凸臺(tái)以及絕緣密封壓蓋15相對(duì)應(yīng)并配合，在葉背工作陰極6和葉盆工作陰極14之間形成一個(gè)相對(duì)封閉的密封腔17，將待加工的葉片1封閉在內(nèi)，構(gòu)成密封穩(wěn)流結(jié)構(gòu)。葉背工作陰極6和葉盆工作陰極14通過電纜與脈沖電源的正極連接，葉片工件1通過電纜與脈沖電源的負(fù)極連接。電解液進(jìn)液口12和電解液出液口13分別設(shè)置在葉盆成型電極4上、葉盆絕緣密封塊15的兩側(cè)，電解液進(jìn)液口12與外部高壓電解液管路連接。

如圖4所示，為清楚表達(dá)內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)，本圖沒有示出上部的絕緣密封壓蓋5。

本發(fā)明一種葉片型面精密電解成型電極的加工方法包括以下步驟：

在高頻窄脈沖精密電解機(jī)床上安裝葉背成型電極3和葉盆成型電極4，并確定背成型電極3和葉盆成型電極4的相對(duì)位置；

將葉片工件1裝配在定位裝夾裝置2上，并安裝到機(jī)床的縱向Z軸的轉(zhuǎn)接盤上，并確定葉片與葉背成型電極3的相對(duì)位置；

將葉片1送入葉背成型電極3和葉盆成型電極4之間的空腔內(nèi)；

操作進(jìn)給軸運(yùn)行，使空腔形成密封腔，將待加工的葉片1封閉在內(nèi)；

將電解液進(jìn)液口12接通高壓的電解液，使密封腔17內(nèi)迅速充滿流場(chǎng)分布均勻的電解液；

葉背工作陰極6和葉盆工作陰極14通過電纜與脈沖電源的正極連接，葉片工件1通過電纜與脈沖電源的負(fù)極連接；在葉背工作陰極6、葉盆工作陰極14與葉片1之間施加電壓5～25V、脈沖50～1000Hz、電流幾百到上萬安培的脈沖電流；通電時(shí)間為5～10分鐘，電流的大小根據(jù)加工葉片加工面積的大小決定。

完成一個(gè)葉片葉型的加工后，將葉背成型電極3、葉盆成型電極4向后退回至安全距離，將夾持葉片1的Z軸抬高至安全距離，更換新的待加工葉片，循環(huán)上述步驟完成新的葉片型面的精密電解加工。

本實(shí)施例中，首先在高頻窄脈沖精密電解機(jī)床上，通過其第一、二HSK高精度液壓夾頭11a、11b分別裝夾葉背成型電極3和葉盆成型電極4；通過HSK高精度液壓夾頭11，快速定位并精確的與機(jī)床X1、X2兩進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軸連接，通過電極對(duì)刀銷10確保葉背成型電極3與葉盆成型電極4的相對(duì)位置。

將葉片工件1裝配在定位裝夾裝置2上，并安裝到機(jī)床的縱向Z軸的轉(zhuǎn)接盤上，然后將葉片1與葉片對(duì)刀銷7進(jìn)行對(duì)刀，確定葉片工件1相對(duì)葉背成型電極3、葉盆成型電極4在Z向和Y向的相對(duì)位置。最后將葉片工件1送進(jìn)到葉背成型電極3和葉盆成型電極4之間的空腔內(nèi)，如圖1所示，保證葉片1與葉背成型電極3和葉盆成型電極4的相對(duì)位置(初始間隙)。

葉背成型電極3中的葉背工作陰極6和葉盆成型電極4中的葉盆工作陰極14，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片1的葉盆、葉背型面的精加工，并且在工作陰極邊緣上設(shè)計(jì)有對(duì)應(yīng)葉片前后緣的圓角，保證了對(duì)葉片前后緣的精加工，如圖4所示。

圖2所示的葉背成型電極3中帶有葉背絕緣密封塊8，其具有凹槽部分，該凹槽部分與圖3所示的葉盆成型電極4中的葉盆絕緣密封塊15的凸臺(tái)部分和定位裝夾裝置2中絕緣密封壓蓋5相對(duì)應(yīng)并配合，在葉背工作陰極6和葉盆工作陰極14之間形成一個(gè)相對(duì)封閉的密封腔17(如圖4)，將待加工的葉片1封閉在內(nèi)，構(gòu)成密封穩(wěn)流結(jié)構(gòu)。將電解液進(jìn)液口12接通高壓的電解液，密封腔17內(nèi)就迅速充滿了流場(chǎng)分布均勻的電解液。

葉背工作陰極6、葉盆工作陰極14與葉片1之間初始間隙根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定律計(jì)算得出并根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，精密電解加工時(shí)一般可達(dá)到10μm左右。