CN106695034A - 一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，解决现有采用电火花加工会出现重熔层的缺点。一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，包括本体和进液，本体上设有用于安装电极的电极通道和用于工作液的工作液通道，工作液通道连通进液口和本体出口部，电极通道也连通本体出口部，本体出口部便于电极从本体中伸出和工作液从本体中喷出，所述本体出口部外部为收敛状，本体出口部内设有供电极和工作液通过的竖直通道。通过上述技术方案，便可很好的解决现有技术中的问题。

Description

一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置

技术领域

本发明涉及电火花加工孔相关技术领域，具体涉及用于航空涡轮叶片电火花加工气膜孔上的电极固定装置。

背景技术

涡轮是航空发动机中热负荷和机械负荷最大的部件，涡轮叶片在发动机循环中承受着烧燃后的高温高压燃气冲击。涡轮前温度是发动机性能的重要指标，提高涡轮前温度是提高每千克气体循环功、提高发动机推力的有效措施。由于涡轮叶片材料可承受的温度有限，这就需要采用有效的冷却方式来降低涡轮叶片的壁面温度。

为了散热，一般会在涡轮叶片上开出气膜孔，用壁面上的喷口喷出冷却空气来阻隔主燃气流对壁面加热。由于航空发动机上的零部件对精度的要求是比较高的，一般采取加工精度较高的电火花加工工艺。但是使用电火花加工工艺在涡轮叶片上加工气膜孔会使得气膜孔内产生一定厚度的重熔层。重熔层的存在使得涡轮叶片上存在微小裂痕，对零件使用寿命造成较大影响。

为了解决这个问题，现在有申请人研究出了一种无重熔层气膜孔的加工方法，申请号为：201210353590.7。这种技术理论上在一定程度上解决了电火花加工气膜孔重熔层的问题。但是其技术本身在使用过程中还是存在较大缺陷，很难在实际加工过程中应用，这是由于：（1）涡轮叶片的结构是不规则的，在涡轮叶片上加工气膜孔的时候，有些气膜孔是位于一些比较刁钻的角度，比如一些弧度较小的内凹中，无法实现；（2）如图3所示，气膜孔的角度是非常复杂并没有规律，涡轮叶片表面也是无规律的曲面，有些小孔很难实现：（3）如图4和图5所示，气膜孔在叶片上会有很多干涉，比如靠近两边缘板的位置，这里的孔离缘板是很近的，大概只有2~3mm，密封装置无法实现。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，能够在数控电火花小孔机床上不需要重复装夹而一次性加工出无重熔层的气膜孔，解决了现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，包括本体和进液管，所述本体上设有用于安装电极的电极通道和用于工作液的工作液通道，工作液通道连通进液口和本体出口部，所述电极通道也连通本体出口部，所述本体出口部便于电极从本体中伸出和工作液从本体中喷出，所述本体出口部外部为锥形，所述本体出口部内设有供电极和工作液通过的竖直通道；所述进液管包括用于通入去离子水的去离子水管、用于通入电解液的电解液管和用于与本体进液口连通工作液管；所述去离子水管、电解液管皆与工作液管连通。

进一步地，所述去离子水管、电解液管上皆设有电磁阀，所述电磁阀皆由数控机床控制***控制。

具体地，所述本体还包括电极入口，所述电极通道与电极入口连通，电极入口呈喇叭形，便于安装电极。

具体地，所述电极通道顶部设有定位耐磨件，所述定位耐磨件内设有喇叭形通道，构成了上述电极入口。

具体地，所述电极定位耐磨件的尺寸使得喇叭形通道的出口与电极之间的间隙不大于0.01mm。

具体地，所述电极定位耐磨件为钨钢/陶瓷制成的电极定位耐磨件。

具体地，所述电极通道的出口对应的电极通道外壁为锥形。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明的结构，在用电火花加工气膜孔后，电解液可同时进行电解，将重熔层电解掉，实现产品无重熔层的效果；

（2）本发明的结构，使得在加工过程中能不需要重复装配其他机构而实现了电火花加工和电化学加工，提高了生产效率；

（3）本发明可以随使用者需要，把气膜孔加工装置的外部尺寸做到很小，使得可以加工任意位置，任意角度的气膜孔

（4）本发明的结构简单、成本低廉，值得大规模推广使用。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为电极通道的出口的结构示意图。

图3为涡轮叶片部分结构示意图1。

图4为涡轮叶片部分结构示意图2。

图5为涡轮叶片部分结构示意图3。

其中，附图标记如下所示：1-本体，2-电极通道，21-电极通道的出口，3-工作液通道，4-本体出口部，5-进液口，6-电极入口。

具体实施方式

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1~2所示，一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，包括本体1，所述本体上设有进液口5、工作液通道、本体出口部4、电极通道2、电极入口；所述进液口与工作液通道3连通，所述电极入口6与电极通道连通，所述工作液通道和电极通道皆与本体出口部连通。所述电极通道用于放置电极，工作液通道通入工作液。一般在电火花加工气膜孔过程中，工作液为电解液和去离子水。

值得特别强调的是，所述电极通道为竖向通道，所述工作液通道也为竖向通道。所述电极通道设置在本体中心位置，所述工作液通道有四个，均匀的分布在电极通道四周。

所述电极入口呈现喇叭状，便于电极的***。

值得强调的是，所述电极入口由电极定位耐磨件构成，所述电极定位耐磨件设置在电极通道顶部形成电极入口，所述电极定位耐磨件内部设有喇叭形通道，使得电极入口呈现喇叭状。

所述本体以其外部形状来看，可以从上到下依次分为第一本体、第二本体、第三本体和第四本体；所述第一本体、第二本体、第三本体的外部形状皆为圆柱形，所述第一本体的外径小于第二本体的外径，使得形成一个台阶构造，作为便于数控机床夹持的夹持部。

第三本体的外径小于第二本体的外径，这样设计的原因是考虑到工作液的快速通入和节约工作液用量的原因，第二本体上对应的工作液通道的内径要大于第三本体上对应的工作液通道的内径，为了实现上述尺寸，第三本体外径要小于第二本体的外径。

第四本体由上至下，外径依次减小，由于本体出口部是设置在第四本体上的，这样就能够使得本体出口部的外部为收敛状，保证了最少的干涉，在很小的空间都能正常的加工。

本体出口部内部为竖直通道，这是由于本体出口部内部的竖直通道起到引流的作用，确保工作液（特别是高压电解液）能充分的进入加工间歇，使得电解状态稳定，以得到稳定的无重熔层小孔。

还需说明的是，为了使得电极能够起到引流作用，工作液能够汇聚到电极周围，随电极的伸出喷出到加工间隙内，所述电极通道的出口21对应的电极通道壁也为收敛状。

本实施例中，本体出口部内部的竖直通道的内径大于电极通道的内径。

本实施例中，电极定位耐磨件优选为钨钢/陶瓷制成的电极定位耐磨件。采用了电极定位耐磨件是由于电极在打孔的时候是高速旋转的，容易产生磨损，为了确保气膜孔加工装置的使用寿命，设计了定位耐磨件。

值得特别强调的是，所述电极定位耐磨件的尺寸应当使得电极定位耐磨件与电极之间的间隙不大于0.01mm，使得电极高速旋转时不会有太大的摆动。

本实施例设计的目的是为了实现在电火花加工气膜孔后立即注入电解液对气膜孔内壁因电火花加工造成的重熔层进行电解，从而实现产品无重熔层的效果。而为了要很好的实现产品无重熔层，则必须保证电解液是跟随电极均匀的注入了气膜孔与电极之间的间歇内。因此在电极通道的出口收敛和本体出口部收敛就是为了保证这一点。

本实施例所述装置是安装在数控机床的夹头上的，安装方法按照常规方法即可，不做详细描述。

本实施例中，所述收敛状可以理解为锥形结构。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，还包括进液管，所述进液管为三通管，所述三通管包括分别用于通入离子水的去离子水管、用于通入电解液的电解液管和用于与进液口连通的工作液管，所述去离子水管、电解液管皆与工作液管连通，所述去离子水管、电解液管上设有由数控机床的控制***控制的电磁阀。

本实施例存在的意义是，电火花加工一般都是应用在自动机床上的，因此设计三通管和阀门直接由机床的控制***控制电解液和去离子水的进入即可。

本实施例中，所述电极通道是稳定电极的，使电极在旋转时不会有太大的跳动；工作液通道与进液口和本体出口部连通，本体出口部的收敛形状可以使工作液更好的汇聚，起到引流的作用，使工作液能充分进入加工间歇。

在开始加工前，数控机床的控制***控制电磁阀接通去离子水，去离子水经过电磁阀到达进液口，经过工作液通道以及出口喷向工件表面，开始进行电火花放电加工，去离子水可以带走放电产生的残渣以及冷却工件表面；数控***控制电极向下送进；当深度到达设定值时，***停止对电极的送进，并通过控制电磁阀关闭去离子水管道，打开电解液电磁阀，使高压电解液经过电磁阀进入工作液入口以及工作液通道，经过出口高速喷向电极周围的与气膜孔之间的加工间歇，进行对小孔内壁进行电化学加工，当设定的电解时间达到时，***关闭电解液并抬起电极，为加工下一个孔做准备。

从实施例的使用方法就能看出本实施例的结构的一个重要优点，本实施例的结构使得电极有引流作用，高压电解液是跟随电极喷出的，也就是说，在任何刁钻的角度打孔，只要电极能够打出气膜孔，电解液就可以进入加工间歇电解重熔层，这也是本实施例非常重要的一个优点；由于本结构的高压电解液完全包裹了电极的放电部分，故本装置同样也适用于电化学铣削加工，可以结合电火花放电加工加工出无重熔层的簸箕孔。

实验例

将实施例2所述产品应用在电火花加工气膜孔过程中，并与传统的电火花加工、电化学加工、激光加工加工气膜孔进行对比试验，试验结果如下：

综上所述，（1）本发明使得涡轮叶片气膜孔无重熔层加工；（2）改善了涡轮叶片气膜孔的加工质量；（3）提高了无重熔层气膜孔的加工效率。

本实施例可以提高无重熔层气膜孔的加工效率的原理在于：一般的电火花打孔机为了尽可能的控制重熔层厚度（有些零件允许有重熔层的情况，一般航空标准下，重熔层厚度最大不能超过0.05mm，有的必须要小于0.03mm)而必须在普通电火花加工的基础上减小放电功率，这样加工效率就会大幅下降；而应用本实施例的电火花加工的时候完全不用考虑重熔层的问题，反而可以在普通电火花加工的基础上提高放电功率，使电火花加工的效率得到很大提高，就算是算上电解消耗时间也比之前的普通电火花加工效率高出很多；而且电解加工只是去除重熔层，所以电解的时间是很短的。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，其特征在于，包括本体（1），所述本体（1）上设有用于安装电极的电极通道（2）和用于工作液通过的工作液通道（3），工作液通道（3）连通进液口（5）和本体出口部（4），所述电极通道（2）也连通本体出口部（4），所述本体出口部（4）便于电极从本体（1）中伸出和工作液从本体（1）中喷出，所述本体出口部（4）外部为锥形，所述本体出口部（4）内部设有供电极和工作液通过的竖直通道。

2.根据权利要求1所述的一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，其特征在于，还包括进液管，所述进液管包括用于通入去离子水的去离子水管、用于通入电解液的电解液管和用于与进液口（5）连通工作液管；所述去离子水管、电解液管皆与工作液管连通。

3.根据权利要求2所述的一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，其特征在于，所述去离子水管、电解液管上皆设有电磁阀，所述电磁阀皆由数控机床控制***控制。

4.根据权利要求1所述的一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，其特征在于，所述本体（1）还包括电极入口（6），所述电极通道（2）与电极入口（6）连通，电极入口（6）呈喇叭形，便于安装电极。

5.根据权利要求4所述的一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，其特征在于，所述电极通道（2）顶部设有定位耐磨件，所述定位耐磨件内设有喇叭形通道，构成了上述电极入口（6）。

6.根据权利要求5所述的一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，其特征在于，所述电极定位耐磨件的尺寸使得喇叭形通道的出口与电极之间的间隙不大于0.01mm。

7.根据权利要求4所述的一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，其特征在于，所述电极定位耐磨件为钨钢/陶瓷制成的电极定位耐磨件。

8.根据权利要求1所述的一种可去除重熔层的航空涡轮叶片气膜孔加工装置，其特征在于，所述电极通道的出口（21）对应的电极通道外壁为锥形。