[发明专利]分步分区法整体叶轮电解加工工艺及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空航天发动机整体叶轮叶片电解加工的工艺及其装置，属于叶轮 电解加工技术领域。

背景技术

随着国防工业的发展，航空发动机性能不断提升，到2015～2020年，未来航空发动 机推重比将会从目前的8～10提高到15～20，在风扇、压气机和涡轮上采用整体结构是 发动机发展的一个趋势。叶轮是航空发动机压气机部件的主要零件之一，其叶片通常是 在气动及传热分析、静强度分析、振动分析、寿命分析基础上进行多学科的优化设计出 的，形状越来越复杂，通常为自由曲面，因此加工也变得十分困难。

整体叶轮的加工方法主要有精密铸造、数控切削加工、电解加工等方法。整体叶轮 的电解加工方法在国内已研究了十多年，取得一定的加工经验。最初采用单步加工法， 这种加工方法以叶盆为基准计算加工轨迹，采用一个阴极同时加工出叶盆与叶背，加工 后的叶背加工误差大，叶根过切严重。为了提高叶片的加工精度，研究人员提出了阴极 摆动法和叶背修正加工法。阴极摆动法是使阴极在展成加工过程中增加阴极摆动提高叶 背的精度，此方法能够去除更多的叶背加工余量，消除了加工方法形成的误差，在一定 程度上提高了叶背的加工精度，但阴极在工件表面的停留时间长，加工过程控制难，杂 散腐蚀程度严重，加工表面质量不好。叶背修正加工法把叶片的加工分为两道工序，首 先以叶盆为基准进行加工，然后再用一个修正阴极经多次往复才能去除叶背的残留余量， 该方法加工的叶盆、叶背精度虽然提高了，但叶背的加工次数多，时间长，叶根部过切 问题也没有得到解决。用上述电解加工方法加工整体叶轮叶片存在的问题归结为：由于 运动轨迹与加工电场影响，叶背加工存在过切，加工误差大；加工中造成叶根过切或欠 切，加工精度低；叶片边缘杂散腐蚀严重，加工表面质量差；叶片加工的工装设计复杂。

发明内容

本发明针对整体叶轮叶片加工难题，提出了一种高效且具有较高加工精度的叶片电 解加工工艺以及与之相配套的加工装置，用于解决目前整体叶轮叶片电解加工中存在的 叶背、叶根加工精度低、存在过切或欠切问题，为航空发动机整体叶轮叶片加工提供实 用、高效、高精度的分步分区法整体叶轮电解加工工艺及装置。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明分步分区法整体叶轮电解加工工艺，整体叶轮的电解加工分为叶盆、叶背、 叶根三道加工工序，采用先加工叶背、后加工叶盆、再加工叶根的顺序进行加工；

对叶背、叶盆、叶根的加工区域进行划分，使叶盆、叶背加工区域的截面为梯形状， 叶背宽度大于叶盆宽度，叶根加工区域从左到右的分布是两侧小中间大，从上到下分布 为两头大中间小；

叶背、叶盆、叶根分别采用扫掠成形法加工，叶背加工利用叶背阴极沿着叶背型面 的外偏置面扫掠成形，叶盆加工利用叶盆阴极沿着叶盆型面的外偏置面扫掠成形，叶根 加工利用叶根阴极沿着叶根圆柱面的外偏置面扫掠成形，叶背、叶盆、叶根加工偏置距 离为电解加工间隙。

分步分区法整体叶轮电解加工工艺的电解加工装置，加工装置包括X轴滑台、Y轴 滑台、Cw轴回转台、分度盘、加工电源、阳极导电板、中心轴、阴极、阴极导电板、压 力表、球阀、水泵、过滤器和电解槽，其中X轴滑台上部与Y轴滑台底部滑动连接，Y 轴滑台上部与Cw轴回转台滑动连接，X轴滑台沿纵向直线运动，Y轴滑台沿横向直线 运动，Cw轴回转台作旋转运动，分度盘安装在机床Cw轴回转台上，整体叶轮毛坯安装 在分度盘上并通过中心轴定位；加工电源正极通过阳极导电板连接到整体叶轮毛坯上， 加工电源负极通过阴极导电板连接到阴极上，阴极在Z轴主轴部件的带动下作直线移动， 由阴极与工件运动合成叶片的加工轨迹；电解液从电解槽中经过滤器过滤后由水泵抽出， 通过球阀送到阴极。

本发明采用分步法加工叶片，对叶盆、叶背、叶根分别按各自的型面为加工基准， 从加工方法上保证了叶片的加工精度。该方法克服了以往加工方法中存在的叶盆、叶背、 叶根加工精度不能同时兼顾的缺点，提高了叶片加工精度，特别是叶背、叶根的加工精 度；