[发明专利]弯曲电极和采用该弯曲电极的电化学加工方法和组件

说明书

技术领域

本发明大体涉及电化学加工。更具体地，本发明涉及用于形成弯曲孔的电极、电化学加工组件和电化学加工方法。

背景技术

称为成形管电化学加工(STEM)的专门适用的电化学加工用于在导电材料中钻小的深孔。STEM是可生产具有高达300∶1的纵横比的孔的非接触式电化学钻孔工艺。它是能够制造用于冷却高效燃气涡轮叶片的小深孔的唯一已知的方法。

燃气涡轮发动机的效率与从发动机的燃烧器引导并流过涡轮叶片的涡轮气体的温度成正比。例如，对于具有较大叶片的燃气涡轮发动机，接近1500℃(2,700°F)的涡轮燃气温度是典型的。为了承受这种高温，这些大叶片由先进材料制成并典型地包括当前技术水平类型的冷却特征。

涡轮叶片典型地使用诸如压缩机排出空气的冷却剂进行冷却。叶片典型地包括空气穿过其中的冷却孔。进一步的设计进展已在冷却孔中增加内部脊以实现穿过该孔的紊流并提高冷却效率。因此，诸如紊流促进肋或紊流器的该孔内的冷却特征提高涡轮的效率。

冷却孔通常具有大至300∶1的纵横比或深度直径比，其中直径小到几毫米。紊流器从该孔的侧壁延伸进入空气通道例如大约0.2毫米(mm)。

目前用于在涡轮叶片中钻冷却孔的方法是成形管电化学加工(STEM)工艺。在该工艺中，导电工件相对于可动歧管位于固定位置。歧管支撑多个钻管，各钻管用于在工件中形成开孔。钻管在电化学加工工艺中用作阴极，而工件作为阳极。当工件充满来自钻管的电解质溶液时，材料从钻管前缘附近的工件除去以形成孔。

现有的STEM工艺和组件仅仅能够钻直孔。然而，将希望具有钻弯曲孔的能力，该弯曲孔将更好地符合工件几何形状以提高诸如燃气涡轮叶片平台的热区的冷却。因此，将希望提供改进的电化学加工组件和方法以在导电工件形成弯曲孔。

发明内容

简要地，本发明一个方面在于用于电化学加工工艺的电极。该电极包括弯曲导电部件和至少覆盖该弯曲导电部件的侧表面的一部分的绝缘覆层。

本发明的另一个方面在于用于在工件中加工弯曲孔的电化学加工组件。该组件包括至少一个弯曲电极和操作地连接以提供脉冲电压到至少一个弯曲电极和工件的电源。该电化学加工组件还包括操作地连接以沿着工件内的弯曲路径移动至少一个弯曲电极的旋转驱动器。该电化学加工组件构造成当脉冲电压施加到至少一个弯曲电极和工件时从工件去除材料。

本发明的又一个方面在于用于在导电工件中形成一个或多个弯曲孔的电化学加工方法。该方法包括步骤：供应脉冲电压到一个或多个弯曲电极和工件以电腐蚀工件的部分，以在该工件中限定一个或多个弯曲孔；旋转地驱动一个或多个弯曲电极中的相应弯曲电极以沿着工件内的弯曲路径推进相应电极。

附图说明

当参考附图阅读下列详细说明时，本发明的这些以及其它特征、方面和优点将变得更易理解，在整个附图中，相同的附图标记代表相同的零件，其中：

图1示出本发明的实例性电化学加工组件实施例；

图2示意性地描述用于在图1的电化学加工组件中使用的实例性弯曲电极；

图3是示出图1的电化学加工组件的额外元件的方块图；

图4示意性地描述实例贮存器构造；

图5示意性地描述在图1的电化学加工组件中引导图2的弯曲电极的实例性导向衬套；

图6是示出用于在工件中形成弯曲孔的本发明的电化学加工方法实施例的步骤的流程图；

图7示出用于图6的电化学加工方法的可选的加工步骤；

图8描述俯视该平台时的涡轮叶片平台；以及

图9示意性地描述用于在图1的电化学加工组件中使用并用于在弯曲冷却通道中形成紊流脊的另一个实例性弯曲电极。

部件列表

10 电极

12 弯曲导电部件

14 绝缘覆层

20 工件

21 STEM孔的第一部分

22 STEM孔

23 STEM孔的第二部分

24 紊流脊

26 涡轮叶片平台

28 径向冷却孔

30 电化学加工组件

31 贮存器内的开口

32 STEM电源

33 轴

34 旋转驱动器

35 套筒

36 电解质流体源

38 贮存器

39 总线

41 贮存器的第一侧面

42 导向件

43 贮存器的第二侧面

44 保护板

45 第一初始加工点

46 控制器