[发明专利]一种气冷空心叶片气膜孔内壁尖角倒圆装置及方法

说明书

本申请属于发动机叶片加工技术领域，特别涉及一种气冷空心叶片气膜孔内壁尖角倒圆装置及装置，所述装置包括：电解液循环模块，包括电解液槽及工作液池，电解液通过喷射管自电解液槽引入至工作液池上方，并通过回流管回流，喷射管的喷嘴对准位于工作液池内的气冷空心叶片的气膜孔；电源回路，包括电源、电极棒，以及导电板，电极棒用于伸入气冷空心叶片的气膜孔内，并与气膜孔内壁之间预留间隙，电极棒表面除对应叶片气膜孔内加工区域以外的地方涂覆绝缘层，导电板设置在工作液池内，用于电连接气冷空心叶片。加工过程中，气膜孔内的尖叫与新鲜的电解液接触，导致尖角位置的金属溶解速度远大于阳极表面的其他部位，实现尖角被迅速溶解、去除。

技术领域

本申请属于发动机叶片加工技术领域，特别涉及一种气冷空心叶片气膜孔内壁尖角倒圆装置及方法。

背景技术

随着航空发动机对推重比的要求日益提升，发动机涡轮前温度也逐步提升，未来新一代航空发动机的涡轮前温度越来越高，目前高温材料和热障涂层的发展速度远远不能满足先进航空发动机的要求。因此，必须使用先进气膜冷却技术，才能提高涡轮叶片的耐温能力，实现长期可靠工作。我国已自行设计出多款成熟的气冷空心叶片，叶片表面分布有数十至数百个气膜孔，沿叶身方向规则排列，空间位置分布复杂。为使叶片表面形成完整的气膜，达到良好的冷却效果，每排气膜孔的轴线与叶片表面之间的夹角很小，形成斜孔气膜孔(这种轴线与叶片表面呈非垂直状态的孔称为交叉孔)，其孔径一般在0.2～0.8mm之间。现阶段，气膜孔加工主要采用激光、电火花和电液束等方式实现。

对涡轮叶片而言，气膜孔如同在叶片基体上人为布置大量“缺陷”，会引起局部的应力集中，降低叶片的抗疲劳性能。叶片常用的斜孔气膜孔会在孔边的一侧形成尖角，这些尖角的存在，会严重影响涡轮叶片的使用寿命。多型发动机均发生过由于涡轮叶片气膜孔尖角处萌生疲劳裂纹导致的发动机较大故障，造成经济财产损失。因此，亟须一种对叶片气膜孔尖角倒圆的方法，用于消除气膜孔尖角，降低或消除叶片气膜孔边局部的应力集中，提升叶片抗疲劳性能。

气膜孔尖角倒圆属于一种定位切削去毛刺工艺。普通零件倒圆一般通过机械法、磁力研磨法、磨粒流法、磨粒喷射法、化学法、电化学法等方法实现。涡轮叶片不同于普通零件，在气膜孔倒圆过程中不允许破坏、碰伤各个型面，尤其叶片内腔冷却通道结构复杂，实现对叶片气膜孔内壁处尖角去除非常困难。现阶段，气膜孔内、外壁表面尖角倒圆一般通过磨粒流法来实现，但磨粒流去除效率低，易发生内腔冷却通道或气膜孔堵塞等问题，无法满足先进发动机空心气冷叶片的制备需求。国内有多种关于零件去毛刺的发明专利，但没有适用涡轮叶片气膜孔内表面尖角倒圆的方法。

机械法是通过切削或材料表面塑形变形去除凸起部分达到表面光滑的目的，是应用最广泛的方法，主要有手工、滚磨、刷子、喷射等方法。公开号为108620675A的中国专利提供了一种机械零件表面毛刺去除设备，通过锉刀对零件表面的毛刺去除，同时通过活塞运动带动空气将毛刺去除时产生的碎屑吹掉，提高毛刺去除效率。机械法主要用于尺寸较大的零部件，刷子等工具无法进入空心叶片内腔，且无操作空间，无法去除涡轮叶片气膜孔内表面尖角；同时机械法控制精度差，不适用叶片精密加工。

磁力研磨法是在磁场作用下，将被磁化的磁性磨料吸引到一起，形成磁力研磨刷，对零件表面实现研磨加工，具有很好的柔性和自适应性。公开号为108581649A的中国专利提供了一种高效磁力表面处理方法，通过磁力研磨与超声波结合的方法，使磁性磨料在磁场作用下，对零件表面产生脉冲压力，多用于工件表面的整体去毛刺，使工件表面更加细密、均匀，提高工件的疲劳寿命。这种方法对于较大尺寸，无复杂冷却通道的涡轮导向叶片尚可使用，对叶片内腔整体进行抛光和去除气膜孔尖角，但倒圆效果无法控制。而对于内腔冷却通道结构复杂，空间狭窄的涡轮工作叶片无法实现。既不能选择尺寸过大的研磨针，防止取出困难，残留于叶片内腔；也不能选择尺寸过小的研磨针，防止磁针在研磨过程中钻入孔内，造成堵塞。而且由于磁针受叶片内腔空间限制运动范围小，运动速度低，与内腔表面发生碰撞时产生的力小，去除效果不佳。