[发明专利]辅助冲液电解铣磨加工整体叶盘系统及方法

说明书

本发明涉及一种辅助冲液电解铣磨加工整体叶盘系统及方法，属于电解磨削复合加工领域。包括电源、工具阴极（1）、主轴（6）、叶盘毛坯（2）、支撑轴（5）、辅助喷嘴（10）。上述辅助喷嘴（10）具有与待加工槽相同的截面形状，并正对于叶盘毛坯待加工面。上述所述工具阴极定位于辅助喷嘴与叶盘毛坯待加工面之间，且与两者均保持较小的初始间隙。加工时，上述工具阴极（1）和辅助喷嘴（10）同时向叶盘毛坯（2）加工区域提供电解液，且辅助喷嘴（10）内电解液压力大于工具阴极（1）内电解液压力。本发明可有效约束电解液在已加工区域的流动，改善加工间隙内流场均匀性，提高整体叶盘电解铣磨加工的效率及稳定性。

技术领域

本发明涉及一种辅助冲液电解铣磨加工整体叶盘系统及方法，属于电解磨削复合加工领域。

背景技术

整体叶盘是新型航空发动机的核心部件之一，其质量决定了发动机的性能和寿命。整体叶盘将叶片和轮盘构成一个整体，省去了传统连接需要的榫头、榫槽和锁紧装置，从而减少了零件数量和结构重量，避免了溢流压力的损失，使得航空发动机的工作效率和推重比大幅度提高。整体叶盘多采用钛合金、高温合金等难切削材料，其锻造毛坯一般为矮圆柱状，从毛坯到成品的加工过程中，约有90%的材料被去除，而绝大部分需要在叶栅通道的开槽粗加工阶段完成。因此,高效的开槽粗加工是实现整体叶盘高效加工、缩短研制周期的关键。

目前，整体叶盘的开槽加工方法主要有数控铣削、电火花加工和电解加工。由于材料难切削且去除量大、叶片形面薄，采用数控铣削加工时不仅刀具磨损严重，而且叶片极易变形，使得加工效率低、加工成本高。当采用电火花加工时，不仅加工效率仍然十分有限，而且加工表面易形成再铸层和热影响区，会损害整体叶盘的工作寿命。电解加工是利用金属工件在电解液中发生阳极溶解的原理来去除材料，具有刀具无损耗、加工效率高、表面质量好等优点，但对于复杂型面的加工，往往需要面临着复杂的阴极结构设计，延长了加工周期。此外，钛合金在电化学溶解过程中，工件表面极易形成高电阻性、结构致密的钝化膜，会阻碍电解反应的进行。因此，在电解加工钛合金时通常选用含有氯离子的活性电解液提高去除效率，但又引起严重的杂散腐蚀。显然，对整体叶盘叶珊通道研究新的高效加工方法有着重要的意义。

电解铣磨复合加工是一种新型的制造技术，即采用棒状磨头作为工具阴极，以类似于立式数控铣削的方式进行加工运动控制，利用电化学阳极溶解和机械磨削的复合加工机理实现工件的材料去除过程。与电解加工相比，电解铣磨复合加工能使用钝性电解液如NaNO₃溶液等加工钛合金，同时避免了复杂的阴极结构设计，具有更高的加工效率、加工柔性。此外，由于大部分金属材料是通过电化学阳极溶解去除的，因此该技术也具有较小的刀具磨损，并适合加工薄壁等易变形结构。特别是当采用内喷液式工具阴极时（即电解液从工具阴极侧壁若干出液孔直接喷向加工区域），单次走刀所去除的材料厚度可显著提高。显然，对于改善整体叶盘开槽粗加工的效率，该技术是一种非常有潜能的方法。

当电解铣磨加工整体叶盘时，需要采用内喷液式工具阴极，并预先设置切深和运动轨迹，通过单次走刀即可实现叶珊通道的开槽粗加工。然而，由于加工间隙内电解液流阻较大，且加工时工具阴极旋转，因此大量的电解液会在已加工区域快速流失，导致加工间隙内出现电解液流量减小、流速分布不均现象，易引起加工稳定性变差，不利于提高加工效率。该问题严重制约了电解铣磨加工技术在整体叶盘开槽粗加工领域的推广及工业应用。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种辅助冲液电解铣磨加工整体叶盘系统及方法，可减少电解液在已加工区域的流失，改善加工间隙内流场均匀性，提高加工效率及稳定性。

一种辅助冲液电解铣磨加工整体叶盘系统，

包括电源、工具阴极、主轴、叶盘毛坯、支撑轴；上述电源正、负极分别与所述叶盘毛坯、工具阴极相连；上述工具阴极具有圆筒型结构，侧壁布有金刚石磨粒层及若干出液孔；所述工具阴极装夹在主轴的末端，可随主轴一起旋转并做直线进给运动；所述叶盘毛坯可随其支撑轴一起旋转；