[发明专利]大扭曲叶片精密电解加工装置及工艺方法

说明书

本发明涉及一种大扭曲叶片的精密电解加工装置及工艺方法，包括阴极定位夹紧装置、工件快换装置以及电解液导流装置，本发明采用全封闭电解加工工装夹具，整体化阴极设计，并结合叶盆阴极和叶背阴极上设置的金属段和绝缘段相结合的复合型导流段，使得加工过程流场稳定,通过粒子群算法优化了工件空间位姿,使得叶盆阴极和叶背阴极只需相向直线进给就能达到最佳的进给角度,从而提高电解成形精度。该方法可以保证叶片空间定位的高精度，同时借助于全封闭工装上设置的快换基准元件可实现工件快速换装，并可实现一次装夹完成叶盆面、叶背面和进、排气边的一体成形，达到提高叶片电解加工精度和加工效率的目的。

技术领域

本发明涉及数控电解加工技术领域，具体涉及一种大扭曲叶片精密电解加工装置及工艺方法。

背景技术

电解加工基于工件的阳极溶解去除材料原理，具有工具阴极无损耗、加工表面质量好、无残余应力、不受材料硬度限制及可加工一切导电材料等优点，在保证合理工艺规程情况下，电解加工技术可以获得较好的表面质量与加工精度，尤其在加工难加工材料上的独特优势，使其在航空、航天发动机叶片制造中具有广泛应用。

作为飞机上的核心零部件，航空发动机部件正朝着轻量化、整体化的方向发展。由于其结构复杂，加工精度要求高，叶片型面薄而扭曲，且普遍采用难加工材料，制造难度很大。电解加工技术体现出了独特的优势，国内外一直致力于提高叶片电解加工精度和电解加工效率的研究。

在叶片电解加工生产实践中，目前主要采用叶盆阴极和叶背阴极双面进给的加工方法，其主要特点是工件静止不动固定在夹具上，根据叶片型面特点，叶盆阴极和叶背阴极以不同的角度进给加工，但是这种进给方式会导致进给轴受力不均，降低进给轴寿命，影响叶片电解加工精度，同时，一种叶片需要设计一种专用的进给轴，这种加工方式不具备通用性。因此，需要研究一种通过优化工件空间位姿，只需叶盆阴极与叶背阴极同轴相向进给即能完成叶盆面、叶背面以及进、排气边一次成形的叶片电解加工方法，这种方法有助于简化机床进给轴结构，针对不同工件，只需更换一套相应的工装即可进行加工，其互换性更强，通用性更高，适合于机床的批生产。另外，这种工艺方法的加工柔性更好，可以定期将阴极退到加工区域外，有益于阴极的定期检查与夹具的定期清理。

传统的叶片电解夹具通常是将工件毛坯固定在夹具主体上，一个叶片加工完成后，需要将工件拆下装上新的毛坯，整个过程耗时耗力，加工效率较低，因此需要研究一种独立于夹具主体的分体式阳极夹具，在保证毛坯重复定位精度的前提下实现工件的快速换装以提高叶片换装效率。

以往的叶片电解加工中，电解液通常采用侧流式的进液方式，电解液自进(排)气边分成两股分别流经叶盆和叶背加工区域，然后自排(进)其边流出，叶盆和叶背型面成形效果较好，但是对于大扭曲叶片，这种进液方式在进、排气边处会导致电解液流速突变，流场较差，导致叶片进、排气边成形困难，因此需要研究一种新的夹具流道结构以保证加工过程中流场稳定，提高叶片电解加工精度与加工效率。

发明内容

本发明所研究的航空发动机叶片，叶片型面薄而扭曲，且材料为高温合金，是典型的难加工材料，本发明在深入分析叶片型面特征的基础上，提出了一种大扭曲叶片电解加工装置及工艺方法，采用全封闭电解加工工装夹具和整体化阴极结构设计，以及优化的工件空间位姿，通过一次性装夹，叶盆阴极和叶背阴极同轴相向直线进给到加工结束位置，实现叶片的整体电化学溶解成形。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种大扭曲叶片精密电解加工装置，包括阴极定位夹紧装置、工件快换装置以及电解液导流装置；所述阴极定位夹紧装置水平对称的设于装置左、右两侧，所述电解液导流装置包括夹具基座、叶盆阴极和叶背阴极，所述叶盆阴极和叶背阴极与阴极定位夹紧装置相连，所述夹具基座和工件快换装置位于装置中央；