專利名稱：整體葉盤電解開槽用電極和整體葉盤電解開槽加工方法
技術領域：
本發明涉及機械結構件電解加工技術領域，特別提供了一種整體葉盤電解開槽用電極。
背景技術：
在新研制的第四代航空發動機中，為提高發動機的推重比，采用了一種新的結構——整體葉盤。整體葉盤加工精度要求高，加工難度大。采用電解加工整體葉盤是高效優質低成本的加工方法，整體葉盤的電解加工分為開槽加工(或稱為流道加工)和葉身型面加工。對于電解開槽加工的要求是加工效率要高，給葉身型面電解精密加工留的余量要均勻，以便使葉型精加工工序達到圖紙要求。為此，整體葉盤的電解開槽加工，在提高效率的基礎上，要滿足下工序加工的要求，即余量要均勻。 目前，整體葉盤的電解開槽加工采用套料加工的方法進行，套料加工是采用近似于葉片橫截面形狀的電極，該形狀是包絡葉片所有截面的型面的最小包絡面，采用套料加工時，電極在作直線進給的同時，電極還要按照葉片的扭轉角度作旋轉運動，將葉片的流道加工出來，該方法的缺點是加工的葉片截面形狀是相同的，實際上葉片的各個截面是不同的，給后續工序葉型精加工留的加工余量是不均勻的，這對后面的葉型加工是很不利的，無法實現無余量精密電解加工。人們迫切希望獲得一種技術效果優良的整體葉盤電解開槽用電極。

發明內容
本發明的目的是提供一種技術效果優良的整體葉盤電解開槽用電極。為了滿足電解開槽加工效率高，開槽加工后給葉身型面加工留的余量均勻的要求，使葉型精加工工序達到圖紙要求。在葉盤的電解開槽加工中采用一種新的加工方法和新的電極結構，解決了加工效率低，保證所留的加工余量均勻，余量均勻程度< 3. 5mm，滿足了后工序加工的要求，保證了零件的加工精度。本發明提供了一種整體葉盤電解開槽用電極，其特征在于所述整體葉盤電解開槽用電極整體為空心指狀結構，電極內部為空心結構主要是作為電解液的通道，在其靠近指端處< 1/2全長的一段內的外型面上沿圓周方向1/3 — 1/2處每隔Imm開有一個O. 6mm寬的窄槽1，以便電解液能通過窄槽連通至加工區；所述整體葉盤電解開槽用電極內部設置有電解液輸送管路2 ;所述電解液輸送管路2的靠近加工段的指端處設有封堵結構3，使得電解液輸送管路2為盲孔結構，電解液只能從窄槽I中流出。在電場作用下，工件陽極在電解液中發生溶解，達到對工件進行尺寸加工的目的，在電解加工中，電解液的壓力一般為4 - 6mMPa,電極按照一定的軌跡向下運動，工作臺按照一定的轉速轉動，二者運動形成葉片流道軌跡，完成葉盤流道的加工，加工效率可達到lmm/min,加工某機五級整體葉盤加工I個槽需要30分鐘時間，加工一個整體葉盤需要一周的時間，與套料加工可以提高加工效率30%以上，葉身型面所留的余量均勻可達3. 5mm。給后續葉身型面電解精加工提供了有利的條件，保證了整體葉盤精密電解工藝技術的實現。所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的一端為安裝軸段4，其外徑為指端所在的加工段外徑的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面為漸變的錐形結構，遠離指端處的外型面外徑逐漸變大。所述整體葉盤電解開槽用電極的總長為100mm，其中，外型面設置有窄槽I的軸段軸向長度為32mm;加工段的指端端部外型面外徑為Φ 5mm，遠離加工段的指端且與加工段外型面構成連續錐面的軸端總長度為55mm，加工段內部的電解液輸送管路2橫截面直徑為Φ3. 5mm ;所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的安裝軸段4設置有內螺紋配合結構5。本發明一種整體葉盤電解開槽加工方法，其特征在于使用整體葉盤電解開槽用電極作為專用工具，所述整體葉盤電解開槽用電極整體為空心指狀結構；電極內部為空心結構主要是作為電解液的通道，在其靠近指端處< 1/2全長的一段內的外型面上沿圓周方向1/3 — 1/2處每隔Imm開有一個O. 6mm寬的窄槽I,以便電解液能通過窄槽連通至加工 區；所述整體葉盤電解開槽用電極內部設置有電解液輸送管路2 ;所述電解液輸送管路2的靠近加工段的指端處設有封堵結構3，使得電解液輸送管路2為盲孔結構，電解液只能從窄槽I中流出；所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的一端為安裝軸段4，其外徑為指端所在的加工段外徑的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面為漸變的錐形結構，遠離指端處的外型面外徑逐漸變大；在電場作用下，工件陽極在電解液中發生溶解，達到對工件進行尺寸加工的目的；電解加工過程中，電解液的壓力為4 - 6MPa，電極按照一定的軌跡向下運動，工作臺按照一定的轉速轉動，二者運動形成葉片流道軌跡，完成葉盤流道的加工，加工效率可達到lmm/min，加工某機五級整體葉盤加工I個槽需要30分鐘時間，加工一個整體葉盤需要一周的時間，與套料加工可以提高加工效率30%以上，葉身型面所留的余量均勻可達3. 5mm。給后續葉身型面電解精加工提供了有利的條件，保證了整體葉盤精密電解工藝技術的實現。所述整體葉盤電解開槽用電極的總長為100mm，其中，外型面設置有窄槽I的軸段軸向長度為32mm;加工段的指端端部外型面外徑為Φ 5mm，遠離加工段的指端且與加工段外型面構成連續錐面的軸端總長度為55mm，加工段內部的電解液輸送管路2橫截面直徑為Φ 3. 5mm ；所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的安裝軸段4設置有內螺紋配合結構5。本發明的創新要點還在于I、電極的外型面是在整體葉盤零件三維設計圖形中對葉片的流道進行分層掃描后獲得的該流道不發生干涉的最大橫截面的外形狀，然后再通過圓整計算得到電極的形狀，不是一種簡單的幾何圖形，目的是通過開槽電解加工使流道的形狀盡量接近葉片型面的形狀，在后續的電解加工中余量均勻，容易獲得高精度的復制精度。2、電極的出水口設計，電極的出水口設計對電解加工是十分重要的，它決定了電解液流場的好壞，電解加工中，流場不僅直接關系到電解加工精度的高低、表面質量的好壞，甚至會決定電解加工能否實施，合理的流場設計是電解加工得以成功的基礎。電極的頭部是加工整體葉盤葉片根部的，它的出水量要大，而電極的根部是加工葉尖的出水量相對頭部的出水量要小些，這樣才能保證流場的均勻性，根據使用要求，在電極的頭部加工的窄槽較深，而在根部窄槽的深度較淺，出水量是不同的，使電解加工中獲得了較好的流場。本發明所述新電極結構的使用，提高了整體葉盤電解開槽加工效率30%以上，取得了較好得經濟效益。新型電極可以保證開槽后加工余量均勻，使后續整體葉盤葉型精密電解加工得以實現。對實現整體葉盤精密電解加工奠定了技術基礎。


下面結合附圖及實施方式對本發明作進一步詳細的說明圖I是電極結構簡圖；圖2是整體葉盤粗開槽軌跡法加工示意圖；圖3是整體葉盤開槽示意圖。
具體實施例方式實施例I一種整體葉盤電解開槽用電極，其特征在于所述整體葉盤電解開槽用電極整體為空心指狀結構，電極內部為空心結構主要是作為電解液的通道，在其靠近指端處< 1/2全長的一段內的外型面上沿圓周方向1/3 — 1/2處每隔Imm開有一個O. 6mm寬的窄槽I,以便電解液能通過窄槽連通至加工區；所述整體葉盤電解開槽用電極內部設置有電解液輸送管路2 ;所述電解液輸送管路2的靠近加工段的指端處設有封堵結構3，使得電解液輸送管路2為盲孔結構，電解液只能從窄槽I中流出。在電場作用下，工件陽極在電解液中發生溶解，達到對工件進行尺寸加工的目的，在電解加工中，電解液的壓力一般為4 - 6mMPa,電極按照一定的軌跡向下運動，工作臺按照一定的轉速轉動，二者運動形成葉片流道軌跡，完成葉盤流道的加工，加工效率可達到lmm/min,加工某機五級整體葉盤加工I個槽需要30分鐘時間，加工一個整體葉盤需要一周的時間，與套料加工可以提高加工效率30%以上，葉身型面所留的余量均勻可達3. 5mm。給后續葉身型面電解精加工提供了有利的條件，保證了整體葉盤精密電解工藝技術的實現。所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的一端為安裝軸段4，其外徑為指端所在的加工段外徑的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面為漸變的錐形結構，遠離指端處的外型面外徑逐漸變大。所述整體葉盤電解開槽用電極的總長為100_，其中，外型面設置有窄槽I的軸段軸向長度為32mm;加工段的指端端部外型面外徑為Φ 5mm，遠離加工段的指端且與加工段外型面構成連續錐面的軸端總長度為55mm，加工段內部的電解液輸送管路2橫截面直徑為Φ3. 5mm ;所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的安裝軸段4設置有內螺紋配合結構5。本實施例一種整體葉盤電解開槽加工方法，其特征在于使用整體葉盤電解開槽用電極作為專用工具，所述整體葉盤電解開槽用電極整體為空心指狀結構；電極內部為空心結構主要是作為電解液的通道，在其靠近指端處< 1/2全長的一段內的外型面上沿圓周方向1/3 — 1/2處每隔Imm開有一個O. 6mm寬的窄槽I,以便電解液能通過窄槽連通至加工區；所述整體葉盤電解開槽用電極內部設置有電解液輸送管路2 ;所述電解液輸送管路2的靠近加工段的指端處設有封堵結構3，使得電解液輸送管路2為盲孔結構，電解液只能從窄槽I中流出；所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的一端為安裝軸段4，其外徑為指端所在的加工段外徑的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面為漸變的錐形結構，遠離指端處的外型面外徑逐漸變大；在電場作用下，工件陽極在電解液中發生溶解，達到對工件進行尺寸加工的目的；電解加工過程中，電解液的壓力為4 - 6MPa，電極按照一定的軌跡向下運動，工作臺按照一定的轉速轉動，二者運動形成葉片流道軌跡，完成葉盤流道的加工，加工效率可達到lmm/min，加工某機五級整體葉盤加工I個槽需要30分鐘時間，加工一個整體葉盤需要一周的時間，與套料加工可以提高加工效率30%以上，葉身型面所留的余量均勻可達3. 5mm。給后續葉身型面電解精加工提供了有利的條件，保證了整體葉盤精密電解工藝技術的實現。所述整體葉盤電解開槽用電極的總長為100mm，其中，外型面設置有窄槽I的軸段 軸向長度為32mm ;加工段的指端端部外型面外徑為Φ 5mm，遠離加工段的指端且與加工段外型面構成連續錐面的軸端總長度為55mm，加工段內部的電解液輸送管路2橫截面直徑為Φ 3. 5mm ；所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的安裝軸段4設置有內螺紋配合結構5。本實施例的創新要點還在于I、電極的外型面是在整體葉盤零件三維設計圖形中對葉片的流道進行分層掃描后獲得的該流道不發生干涉的最大橫截面的外形狀，然后再通過圓整計算得到電極的形狀，不是一種簡單的幾何圖形，目的是通過開槽電解加工使流道的形狀盡量接近葉片型面的形狀，在后續的電解加工中余量均勻，容易獲得高精度的復制精度。2、電極的出水口設計，電極的出水口設計對電解加工是十分重要的，它決定了電解液流場的好壞，電解加工中，流場不僅直接關系到電解加工精度的高低、表面質量的好壞，甚至會決定電解加工能否實施，合理的流場設計是電解加工得以成功的基礎。電極的頭部是加工整體葉盤葉片根部的，它的出水量要大，而電極的根部是加工葉尖的出水量相對頭部的出水量要小些，這樣才能保證流場的均勻性，根據使用要求，在電極的頭部加工的窄槽較深，而在根部窄槽的深度較淺，出水量是不同的，使電解加工中獲得了較好的流場。本實施例所述新電極結構的使用，提高了整體葉盤電解開槽加工效率30%以上，取得了較好得經濟效益。新型電極可以保證開槽后加工余量均勻，使后續整體葉盤葉型精密電解加工得以實現。對實現整體葉盤精密電解加工奠定了技術基礎。本實施例所述電極結構如圖I所示，其頭部為電解加工的工作部分，外部形狀近似錐形，這是由于整體葉盤葉片是開敞形狀呈輻射狀，直徑大間隔大，流道的形狀逐漸變大。在工作部分開有出水槽，根據流場分布開槽深淺不同，如果外形表面不能實現，也可以選擇開口寬度不同來改變流量的大小。電極中間部分是一個四方形狀，可以用來角向定位或夾緊用。電極的后部分的內腔是與電解液管道連接的部分，采用了管螺紋連接，使得連接后具有良好得密封作用。外部是Φ22_的外園，可以與電極的裝夾部分連接，將電極把持在電極座體上，固定在機床上，與工件保持一個相對正確的位置。整體葉盤是第四代發動機采用的新結構，它將葉片和輪盤做成一體，減少了常規葉盤連接的榫頭、榫槽和鎖緊裝置，避免了榫頭連接氣流損失，減輕了結構重量和零件數量，大幅度提高了發動機的工作效率、推重比和可靠性。整體葉盤結構復雜，精度要求高，采用數控銑削加工困難，尤其是對于采用航空難加工材料制造的葉盤給數控銑削帶來了更大的難度，刀具損耗大，加工周期長，造成高的制造成本，為此要找到一種優質、高效、低成本制造整體葉盤的方法。電解加工整體葉盤加工效率高，成本低，據國外介紹電解加工較數控加工可提高加工效率30 60%，加工成本可降低5 10倍。目前國內整體葉盤電解加工設備及工藝研究剛剛起步，尚處于研發階段。根據航空發動機大量采用整體葉盤的趨勢以及新型號研制、提升制造技術的需要，開展整體葉盤電解加工設備及工藝研究是十分必要的。近幾年來，我公司與高進行技術合作，在整體葉盤電解加工方面突破了整體葉盤電解加工的技術關鍵，開發了具有自主知識產權的設備和工藝技術，采用電解加工發動機整體葉盤是可行的，可以滿足發動機葉盤零件優質、高效、低成本加工的目的。整體葉盤電解加工一般是都是由粗、精二道加工工序完成的，即電解開槽粗加工、 葉型精電解加工。粗加工用的電解機床主要是高效率地去除多余金屬，在葉盤上加工出葉型流道，并給后續工序留有均勻的加工余量。精加工是保證葉片精度的最終加工，達到設計圖紙的要求。粗加工開槽有套料和軌跡法二種。該方案為軌跡法加工，它是一種簡單可行的方法。機床結構簡單，運動形式易于實現。該方法采用工作臺旋轉帶動工件轉動，主軸頭帶動電極向下運動，二者的合成運動為一螺旋線軌跡。這樣便在工件上形成一葉間流道，如圖2、圖3所示。在加工過程中每加工一個流道后，葉盤轉動一個固定的角度，即分度，加工下一個流道，經過反復加工，在葉盤上形成等距的葉間流道。由上面圖，電解機床有二個主要運動，即主軸上下運動Vz，工作臺旋轉運動n，再加上輔助運動，如徑向距離的調整Vx，主軸對工作臺中心位置的調整Vγ等。整體葉盤電解開槽加工后，就可以進行葉盤葉型的精密電解加工。
權利要求
1.整體葉盤電解開槽用電極，其特征在于所述整體葉盤電解開槽用電極整體為空心指狀結構，電極內部為空心結構主要是作為電解液的通道，在其靠近指端處< 1/2全長的一段內的外型面上沿圓周方向1/3 - 1/2處每隔Imm開有一個O. 6mm寬的窄槽(1)，以便電解液能通過窄槽連通至加工區；所述整體葉盤電解開槽用電極內部設置有電解液輸送管路(2 );所述電解液輸送管路(2 )的靠近加工段的指端處設有封堵結構(3 )，使得電解液輸送管路(2)為盲孔結構，電解液只能從窄槽(I)中流出。
2.按照權利要求I所述整體葉盤電解開槽用電極，其特征在于所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的一端為安裝軸段(4)，其外徑為指端所在的加工段外徑的I. 5倍以上； 指端所在的加工段外型面為漸變的錐形結構，遠離指端處的外型面外徑逐漸變大。
3.按照權利要求2所述整體葉盤電解開槽用電極，其特征在于所述整體葉盤電解開槽用電極的總長為100mm，其中，外型面設置有窄槽(I)的軸段軸向長度為32mm ;加工段的指端端部外型面外徑為Φ5_，遠離加工段的指端且與加工段外型面構成連續錐面的軸端總長度為55mm，加工段內部的電解液輸送管路(2)橫截面直徑為Φ 3. 5mm 所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的安裝軸段(4)設置有內螺紋配合結構(5)。
4.整體葉盤電解開槽加工方法，其特征在于使用整體葉盤電解開槽用電極作為專用工具，所述整體葉盤電解開槽用電極整體為空心指狀結構；電極內部為空心結構主要是作為電解液的通道，在其靠近指端處< 1/2全長的一段內的外型面上沿圓周方向1/3 - 1/2處每隔1_開有一個O. 6_寬的窄槽(1)，以便電解液能通過窄槽連通至加工區；所述整體葉盤電解開槽用電極內部設置有電解液輸送管路(2);所述電解液輸送管路(2)的靠近加工段的指端處設有封堵結構(3)，使得電解液輸送管路(2)為盲孔結構，電解液只能從窄槽(I)中流出；所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的一端為安裝軸段(4)，其外徑為指端所在的加工段外徑的I. 5倍以上；指端所在的加工段外型面為漸變的錐形結構，遠離指端處的外型面外徑逐漸變大； 在電場作用下，工件陽極在電解液中發生溶解，達到對工件進行尺寸加工的目的； 電解加工過程中，電解液的壓力為4-6MPa，電極按照一定的軌跡向下運動，工作臺按照一定的轉速轉動，二者運動形成葉片流道軌跡，完成葉盤流道的加工，葉身型面所留的余量為 3. 5mmο
5.按照權利要求4所述整體葉盤電解開槽加工方法，其特征在于所述整體葉盤電解開槽用電極的總長為100mm,其中，外型面設置有窄槽(I)的軸段軸向長度為32_ ;加工段的指端端部外型面外徑為Φ 5mm,遠離加工段的指端且與加工段外型面構成連續錐面的軸端總長度為55mm，加工段內部的電解液輸送管路(2)橫截面直徑為Φ 3. 5mm ; 所述整體葉盤電解開槽用電極遠離指端的安裝軸段(4)設置有內螺紋配合結構(5)。
全文摘要
整體葉盤電解開槽用電極，其整體為空心指狀結構，內部有電解液的通道，在其靠近指端處的外型面上沿圓周方向1/3－1/2處每隔1mm開有一個0.6mm寬的窄槽(1)；電極內部設置有電解液輸送管路(2)；指端處設有封堵結構(3)使得電解液輸送管路(2)為盲孔結構，電解液只能從窄槽(1)中流出。整體葉盤電解開槽加工方法使用整體葉盤電解開槽用電極作為專用工具，在電場作用下，工件陽極在電解液中發生溶解，達到對工件進行尺寸加工的目的；電解液的壓力為4-6MPa，葉身型面所留的余量為3.5mm。本發明電解加工中余量均勻，容易獲得高精度的復制精度；電解加工中獲得了較好的流場。加工效率高。
文檔編號B23H3/04GK102873416SQ20121036700
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者王德新, 朱海南, 于冰, 盛文娟 申請人:沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司