CN108941804B - 一种用于生产金属部件，特别是涡轮机的叶片部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于生产金属部件，特别是涡轮机的叶片部件的方法，该方法是为了产生三维形状而被电化学加工以便减薄材料，其中至少一个电极放置在材料一端，以与待加工的部件部分相邻且通过管道间隙与之间隔开来，同时在电解液存在的情况下，施加电流和电压到所述电极和所述部件上，且所述电极沿着所述部件的方向从初始位置运动到终端位置，其中，‑通过持久施加电流和持久施加电压，通过管道间隙的恒定电解液流量，所述电极沿着所述部件方向在保持第一间隙宽度的同时从所述初始位置恒定前进来减薄第一操作模式中的材料且其中‑通过实现预定减薄深度，自动转换到第二操作模式，其中所述电极在非操作位置和具有小于所述第一间隙宽度的第二间隙宽度的操作位置之间循环地运动，其中电流脉冲和电压脉冲仅在所述操作位置中施加，并且电解液至少在所述非操作位置中流过所述间隙，其中保持所述第二操作模式直到已经实现了要产生的最终几何形状。

Description

一种用于生产金属部件，特别是涡轮机的叶片部件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产金属部件，特别是涡轮机的叶片部件的方法，该方法是为了产生三维形状而被电化学加工以便减薄材料，其中至少一个电极放置在材料一端，以与待加工的部件部分相邻且通过管道间隙与之间隔开来，同时在电解液存在的情况下，施加电流到电极和部件上，且电极沿着部件的方向从初始位置运动到终端位置。
发明内容
一种用于电化学减薄(ECM-电化学加工)的方法用于在产生复杂的几何形状时加工金属工件，该金属工件由导电材料构成。涡轮机的叶片部件，例如喷气发动机叶片或类似叶片是可通过ECM工艺产生的工件的一个示例。
ECM方法是一种再加工方法，其不会去除芯片。用于此目的的装置在大多数情况下包括多个电极，所述多个电极借助于合适的线性驱动单元以线性方式可从初始位置运动到终端位置，其中在初始位置处工件尚未加工，而在终端位置处对工件进行加工。这些可运动电极形成各自的阴极，而所述工件则形成阳极。管道间隙以闭合的方式环绕工件，使得吸收和运走被释放材料的电解液可以在整个再加工方法期间分别在所述管道中循环和流动，其中所述管道形成在再加工面和材料表面本身之间，所述再加工面朝向工件且定义工件预期具有的三维最终几何形状。
为了加工金属部件，已知一个电极或多个电极在持久施加电流和持久施加电压和恒定的电解液流量下从其初始位置连续地运动到终端位置。连续减薄材料，直到获取待获得的最终轮廓。这种处理模式被称为“发生器下沉”
如果要求非常高的再加工精度和高表面质量，则发生器下沉通过第二个处理步骤即所谓的PECM方法(精密电化学加工)获得成功。在使用该方法的情况下，施加电流和电压以便以通常5至10Hz的频率脉动，因此该方法是脉冲法。通过驱动马达，电极在这个特定的频率上在电流脉冲被施加的操作位置和电流和电压不被施加的非操作位置之间重新调整，并且其与工件间隔地更远。这种重新调整用于短暂地扩大管道间隙，与发生器下沉相比，该管道间隙在PECM方法中更窄，使得电解液可以更好地冲出减薄的产品。由于材料实际减薄过程中的电极更接近工件，因此再加工精度更高，表面质量更好。
如果PECM处理是在通过发生器下沉进行初始处理之后进行的，则必须从执行第一方法步骤的ECM装置中取回已加工的工件，并将其***到执行PECM方法的装置中。这种转换的问题在于，所述转换一方面是复杂的，另一方面工件必须在PECM装置中重新夹紧，后者可能导致微小的定位不准确从而导致再加工缺陷。此外，在第二ECM装置中使用新的电极。
因此，本发明基于指定一种方法的目的，该方法与迄今已知的方法相比有所改进。
为了实现该目的，根据本发明在开头所述类型的方法的情况下提供
-通过持久施加电流和持久施加电压，通过管道间隙的恒定电解液流量，电极沿着部件方向在保持第一间隙宽度的同时从初始位置恒定前进来减薄第一操作模式中的材料，并且
-通过实现预定减薄深度，自动转换到第二操作模式，其中电极在非操作位置和具有小于第一间隙的第二间隙宽度的操作位置之间循环地运动，其中电流脉冲和电压脉冲仅在操作位置中施加，并且电解液至少在非操作位置流过间隙，其中保持第二操作模式直到已经实现了要产生的最终几何形状。
根据本发明，在单个ECM装置中以单程执行工件的ECM处理。根据本发明，两种操作模式是直接连续的，也就是说在处理期间自动从第一操作模式切换到第二操作模式。发生器下沉是在第一操作模式下进行的，这意味着持久性地施加特定的电流和特定的电压，并且恒定流量的电解液通过管道间隙，并且电极从初始位置出发沿着部件的方向连续运动。以例如0.2至0.3mm的第一间隙宽度进行处理。“粗加工”是在这种第一操作模式下形成的，目的是足够多得减薄材料。该第一操作模式发生，直到达到预定减薄深度，这能够通过相应的测量技术来检测。一旦达到该预定减薄深度，就自动转换到第二操作模式，在所述第二操作模式下进行“精加工”直到获取最终轮廓尺寸。在该第二操作模式下执行脉冲操作，也就是说，自此以后的操作通过PECM方法进行，而发生器下沉是在第一操作模式中执行。第二操作模式中的电流和电压仅以脉冲方式施加，具体地仅在所述电极或所有电极处于后者的操作位置时施加。根据脉冲频率，电流和电压被打开或关闭，在施加电流和电压的操作位置与关闭电流和电压的非操作位置之间的电极运动是以相应的方式执行。操作位置中的间隙宽度明显小于第一操作模式中的间隙宽度，所述第二操作模式中的间隙宽度在0.05和0.1mm之间。一直进行脉冲法直到获取最终的轮廓，此时已经将电极运动到终端位置。
根据本发明，随后通过工件的单个夹紧并且在使用相同的电极的情况下全自动地执行两级ECM方法，其中在第一操作模式中执行发生器下沉，并且在以全自动方式切换到第二操作模式之后执行PECM处理。由于工件既不需要转换也不能***到另一个装置中，为了执行不同的操作模式，也不需要不同的电极用于发生器下沉和PECM操作，一方面启用快速操作，另一方面启用高精度操作，因为在当前情况下具体不会遇到由改变一个方法部件引起的公差或复杂性。
如已经提到的那样，第一间隙宽度应该在0.2和0.3mm之间，并且第二间隙宽度应该在0.03和0.1mm之间。
持久施加的电流和电流脉冲应在1500A至20000A之间。
持久施加的电压和电压脉冲应该在6V到200V之间。
非操作位置和操作位置之间的运动频率，以及电流和电压脉冲频率应该在5Hz到15Hz之间。
流过管道间隙的电解液的压强应该在5bar和20bar之间，其中压强根据电极位置特别在第二操作模式中变化。
特别有利的是，电极在第一和第二操作模式下均通过相同的驱动马达移动。这意味着在被设计成既执行第一操作模式又执行第二操作模式的EMC装置的部分上，同一线性驱动单元或者多个电极下的同一线性驱动单元分别用于第一操作模式和第二操作模式。为了以简单且高度精确的方式实现这一点，优选将力矩马达用作驱动马达。
如果使用多个电极，则所述多个电极在第一操作模式和第二操作模式中相对于部件同时运动，其中每个电极运动，因此能够通过单独的驱动马达，优选为力矩马达对每个电极进行单独控制。原则上两个电极的运动的耦合是可以设想的，对每个电极单独驱动是有利的，以便能够对该方法中的任何潜在情况作出反应。
彼此支承的电极优选地在***上相互重叠并限定环绕部件的间隙。这意味着，在整个重新调整运动期间，独立于正在操作的操作模式，相邻的电极彼此接触并分别在***上相互接合或重叠，使得所述电极借助于其通过接触和相互重叠的再加工面限定和封闭环绕工件的闭合管道间隙。尽管在重新调整运动期间电极改变了它们相互间的相对位置，但是由于所述电极通过不同的运动方向相对于工件被重新调整，所以它们保持持久接触，其中在重新调整运动期间重叠增加，因为电极凭借材料的减薄进一步会聚。借助于持久接触，流体管道也通过再加工面保持持久限定并紧密闭合。
这导致通过再加工面相互接合的整个工件区域持久接合，这意味着在整个ECM处理过程中由多个相互重叠的再加工面接合的工件部分的每个表面点在第一操作模式和第二操作模式中均具有一个相反的再加工面。这又导致通过相互邻接的再加工面接合的整个工件区域能够被均匀加工；因此在从一个电极到另一个电极的过渡处不会产生边缘或周边区域，因为由于接合或重叠，在该过渡区域中也没有电极间隙。因此，通过再加工面加工的区域中的完全加工的工件显示出均匀的加工模式，并且与先前的操作实践相比，具体地就第一和第二操作模式而言，操作质量显著提高。
可以设想使用至少三个电极，其中两个外部电极沿着限定管道间隙的位置固定的密封部件滑动。在本发明的这种设计实施例的情况下，管道间隙因此通过三个相互接触的电极和密封部件的再加工面而在外部闭合管道间隙。在电极的重新调整运动期间，例如通过其运动轴相互正交(这意味着两个电极相互对置并且会聚，而中心电极以与其垂直的方式运动)，两个外部电极在密封部件上滑动直到到达终端位置。就再加工涡轮机的叶片而言，通常利用两个电极来进行操作，其中涡轮机叶片具有细长的横截面形状，该形状具有弯曲的上侧和下侧以及具有相对较小半径的边缘，所述两个电极用于加工所述上侧和下侧，而中心电极加工一个边缘，在根据本发明的方法的情况下，凭借重叠从而易于实现类似大面积封闭的再加工面的形状构造。在相对的第二边缘上，工件边缘的加工例如通过以下方式进行：两个电极彼此支承并且汇聚在终端位置中，也就是说，在终端位置处减薄材料并同时修饰边缘。
可以替代这种密封部件来使用的是四个电极，所述四个电极分别彼此支承或者彼此重叠，且限定环绕部件的管道间隙。因此，在本发明的这种设计实施例的情况下，提供了四个可单独运动的电极，例如所述电极的运动轴相互正交。根据叶片部件的示例性实施例，两个电极构成工件的上侧和下侧，而另外两个彼此相对的电极通过其特定的再加工面构成两个叶片边缘。所有四个电极相互重叠；构成边缘的两个电极通过其再加工面优选接合构成上侧和下侧的两个电极。在该设计实施例的情况下，管道间隙因此仅通过四个相互作用的电极来限定。两种操作模式中的所述四个电极同时并且以同步的方式从初始位置运动到终端位置。
为了确保管道的持久密封，有必要使各个电极重叠成足够紧密。为了实现这一点，而且为了同时实现电极沿着彼此进行精确滑动，在一个电极或多个电极上的再加工面侧面上配置相应的滑动面，以接合相邻的电极，所述滑动面支承在配置在相邻电极的外侧上的滑动面上并且沿着后者滑动。可以实现滑动的足够紧密的支承通过这种方式得以保证。电极例如由黄铜制成，从而使用具有正滑动特性的材料。
虽然用于涡轮机的叶片部件优选地通过本发明的方法进行制造，但是所述叶片部件除了本身的叶片部分外通常还具有叶片根部和护罩环，其中越过其长度的叶片部分也可以稍微扭曲，还可以设想的是，本发明的方法可以制造以不同方式成形的部件。
除了本身的方法之外，本发明还涉及一种用于执行所述类型的方法的装置，该装置包括至少一个电极，该电极借助于驱动马达相对于用于产生三维形状的部件运动，所述部件将通过电化学加工以减薄材料，电极定位在其一端，通过驱动马达使电极靠近并且通过管道间隙与待加工的部件部分间隔开，并且在存在电解液的情况下，将电流施加到电极和部件，其中驱动马达，发电机和输送电解液的泵装置的操作通过控制装置来控制。该装置的特点在于控制装置以这样的方式配置：
-在持久施加电流和持久施加电压以及通过管道间隙的恒定电解液流量的情况下，处于第一操作模式的电极可在部件方向上恒定前进的同时保持第一间隙宽度，然后
-达到预定减薄深度的电极通过自动切换到第二操作模式而可以在非操作位置和具有小于第一间隙宽度的第二间隙宽度的操作位置之间循环运动，其中仅在所述操作位置中施加电流脉冲和电压脉冲，并且所述电解质至少在所述非操作位置中流过该间隙，其中所述第二操作模式被保持直到实现待产生的最终几何形状为止。
本装置使用一中央控制装置，该中央控制装置控制所有必要组件，这些必要组件对于ECM操作来说是必需的。控制装置与至少一个相应的传感器装置或测量装置通信，该传感器装置或测量装置能够精确地确定减薄深度，以便基于这些信息项检测何时从第一操作模式自动切换到第二操作模式。控制装置通过切换时刻以对应于第二操作模式的相应方式控制所有相关部件，从而从第一操作模式转换到第二操作模式而没有任何延迟。
尽管当仅在一侧上加工工件时仅设置一个电极是可能的，但优选的是，提供至少三个电极，所述至少三个电极布置成围绕工件的圆周偏移，所述三个电极通过其相互接触的再加工面在从初始位置到终端位置的整个调整运动期间分别部分相互接合，并且通过其再加工面分别限定封闭的管道间隙或环绕工件的圆周的流体管道。
为了在同时紧密重叠的情况下实现电极的相互相对运动，设置在再加工面上的两个电极之间的电极有利地设置有两个滑动面，通过这两个滑动面，所述电极在两个相邻电极的相应外滑动面上滑动。
涡轮机的叶片部件优选由该装置制造，所述叶片部件具有上侧和下侧以及两个同样彼此相对的边缘。在这种工件的加工中，本文可以设想的是，两个彼此相对的电极具有再加工工件的上侧和下侧的再加工面，而设置在所述两个彼此相对的电极之间的至少一个第三电极具有再加工工件的边缘区域的再加工面。例如，第三中心电极与两个外部第一电极和第二电极接合。尽管第一电极和第二电极的再加工面具有非常大的面积，但由于所述再加工面再加工上侧和下侧，因此在所述再加工面在终端位置构成边缘的部分中的第三电极的再加工面相对较小，因为在汇聚电极的情况下边缘仅具有非常小的半径并且仅表示工件表面的面的小区域。各个滑动面与所述再加工面部分相邻以与所述再加工面部分相邻，所述滑动面使电极能够汇聚到终端位置。
特别是对于制造具有复杂的弯曲和可选地扭曲几何结构的这种叶片部件而言，提供与第三电极相对设置的第四电极是特别有利的，所述第四电极同样具有再加工工件的边缘区域的再加工面。和第三电极一样，第四电极也与第一电极和第二电极在***接合。
原则上，根据本发明可以提供三个或四个电极，而与工件的几何形状无关
如已经描述的那样，如果具有扁平细长横截面的叶片部分的涡轮机叶片部件分别作为工件被制造或加工，则第一电极和第二电极因此具有再加工上侧和下侧的再加工面，而第三电极和任选的第四电极具有再加工具有小半径的边缘区域的再加工面。
在三个电极的情况下，此处也可以设想两个外部电极沿着限定流体管道的位置固定的密封部件滑动。
在本发明的改进中可以规定，两个相邻电极的线性驱动单元的运动轴以90°的相互角度设置。因此选择轴的正交布置，也就是说，当所述电极从初始位置重新定位到终端位置时，三个或四个电极以相互垂直的方式运动。可替代地，也可以设想的是，两个相邻电极的线性驱动单元的运动轴以小于或大于90°的相互角度设置。这可能需要取决于待加工工件的类型或几何形状。
对于线性驱动单元，重新调整两个相邻线性驱动单元的运动轴之间的角度以沿着圆形路劲运动是有利的，其中每个线性驱动单元优选地可借助于伺服马达沿圆形路径运动。本发明的这种设计实施例实现了运动轴的空间方向的灵活的相互重新调整，从而实现了中间角度的变化，使得同一装置即可以完成多个处理任务，这可以体现在每个处理任务可通过第一操作模式和第二操作模式来执行的这种背景下。
该驱动马达或每个驱动马达优选是能够高精度地定位电极和电极的运动的力矩马达，这特别有利于执行脉冲PECM操作。
此外，可以将与控制装置通信的传感器装置分配给每个电极，其中传感器装置优选地分配给线性驱动单元。通过该传感器装置可以检测电极的位置，其中控制装置根据传感器检测来控制操作。
此外，可以提供用于将工件自动定位在操作室中的操作位置的定位装置。这种定位装置可以将工件以纯粹的直线运动，例如从上方垂直运动到操作室中，并在ECM处理期间固定所述工件。此外可以设想，在将所述工件转移到操作位置期间和/或工件位于操作位置中时，工件通过所述定位装置可绕所述工件的纵轴线转动。这使得接下来的叶片部分可以出现任何可能的扭转，并且即使在加工期间也可以对角度进行轻微调整，例如最大调整1°，如果这对于生产技术来说是有利的。
此外，可以提供一料匣，多个待加工的工件在该料匣中进行加工，且该料匣配属于所述定位装置，所述工件通过定位装置或转换装置自动取回。所述定位装置，包含料匣，相应地实现全自动操作。操作ECM装置的人员开始操作前先将要加工的工件装入料匣中。定位装置或配属于前者的转换装置自动地从料匣中取出要加工的工件，并且在转换装置的情况下将所述工件转移到定位装置，然后所述定位装置将所述工件转移到操作室。如果定位装置本身移入料匣中，则定位装置将工件直接转移到操作室。随后进行ECM处理，在所述ECM处理结束时，定位装置再次从操作室取回已加工的工件，并将所述工件直接转移到料匣中或将所述工件转移到切换装置，切换装置随后将工件转移到料匣中。由此获得下一个工件等。在往料匣装备好要加工的工件之后，一旦提供全自动操作，操作员就必须启动操作。此后，直到操作循环结束，所有操作都完全自动运行，所述操作循环结束时，最后加工的工件被再次转移到料匣中。
为了在工件方面分别具有用于定位装置或转换装置的定义的接口，将每个工件容纳在工件保持件中是有利的，通过定位装置或转换装置可获取该工件保持件。该工件保持件具有限定的联接几何形状，通过该联接几何形状可以通过转换装置或定位装置以限定的方式获取所述工件保持件。
附图说明
本发明的其他优点和细节从下面描述的示例性实施例以及借助附图得出。其中：
图1示出了用于解释本发明的方法的流程图；
图2示出了具有处于初始位置的三个电极的ECM装置的第一电极组件；
图3示出了处于终端位置的图2的电极组件；
图4示出了具有处于初始位置的四个电极的ECM装置的第二电极组件；
图5示出了处于终端位置的图4的电极组件；
图6示出了ECM装置的截面局部视图，其中示出了电极及其线性驱动单元；
图7示出了具有可枢转的线性驱动单元的ECM装置的示意图；和
图8示出了具有所有部件的ECM装置的示意图。
具体实施方式
图1以流程图的形式示出了本发明的方法的实质步骤。
该方法从步骤S1开始；操作装置的人员启动操作。在此之前，该操作人员已经往分配给装置的定位装置的任何可能的料匣里存储了即将在整个操作周期内进行加工的多个工件。
在操作开始之后，在步骤S2中，将待加工的工件引入操作室中。为此，例如定位装置或转换装置可以从料匣中取出工件，并将所述工件转移给定位装置。在任何情况下，通过定位装置将工件引入装置的操作室中，在所述操作室中执行ECM处理。
在将工件引入操作室并紧密关闭操作室之后，进行ECM处理。根据步骤S3，首先执行第一操作模式中的处理。在这种操作模式下，所谓的发生器下沉，电极的输送以恒定的方式在大约0.2至0.3mm的管道间隙宽度下进行，通过几千安培的范围内的持久施加的电流，约为6V至200的持久施加的电压以及持久的电解液流，也就是说通过大致恒定的前进方式电极沿组件的方向运动，在所述运动过程中进行材料的电化学减薄。减薄的产品通过电解液流从管道间隙排出。
图1中通过X实际示出的减薄深度在第一操作模式期间(见步骤S4)被持久地检测到。持久检测实际减薄深度是否对应于预定减薄深度X定义，以获得对应于切换时刻的后者，在该切换时刻第二操作模式的切换将发生。提供合适的测量或传感器装置或相应的多个这样的装置，用于检测减薄深度，所述一个或多个装置能够准确地检测到例如电极位置，由此，从电极的初始位置出发，可以分别确定已经减薄了多少材料，或者减薄深度有多大。
如果结果是X实际≠X定义，则继续步骤S3的第一操作模式。
然而，如果结果是X实际＝X定义，则根据步骤S5，控制ECM装置的操作的中央控制装置立即切换到第二操作模式。在第二种运行模式下运行脉冲ECM操作。现在仅以脉冲的方式施加此处也为几个1000A的范围内的电流，6V至200V的范围内的电压，脉冲频率在5和15Hz之间的范围内。通过相应的驱动马达，优选为力矩马达，使移动电极的线性驱动单元的一个或多个电极在施加电流的操作位置和没有电流的非操作位置之间以相应的频率进行重新调整。操作位置中的管道间隙的间隙宽度明显小于第一操作模式中的间隙宽度，所述间隙现在仅在0.03至0.1mm的范围内。由于这种脉冲操作，可以获得高度精确的再加工和加工工件的出色表面质量。
根据步骤S6，还在第二操作模式下执行减薄深度X实际的持久检测。所述减薄深度X实际又与比较深度相比较，该比较深度目前是最终深度X最终，其同时表示达到电极馈送的终端位置。该位置的持久检测又通过控制装置以及测量或传感器装置来执行，所述测量或传感器装置已经在第一操作模式中进行该位置的检测。
如果结果是X实际≠X最终，则根据步骤S5的第二操作模式因此以持久方式继续。
如果结果是X实际＝X最终，则整个ECM过程终止。根据步骤S7，通过定位装置从操作室中取出加工后的工件，其中工件然后通过定位装置或通过转换装置再次被转移到料匣中。
此后在步骤S8检查整个方法或循环是否已经通过处理最后一个工件而终止。在肯定的情况下，操作方法根据步骤S9完全终止。否则，例程回到步骤S2之前，也就是说通过定位装置或转换装置获取并引入新的工件，其中这些附加步骤在此相邻。
图2，作为本发明的用于电解加工金属工件2的装置1的一部分，示出了电极组件3，在所示的示例中包括四个分开的电极4,5,6,7，它们通过分开的线性驱动单元(这里未详细示出)可相对于工件2运动。电极4至7形成阴极，而工件2形成阳极。电极4至7可通过线性驱动单元沿着运动轴8,9,10,11以线性方式运动，其中示例性实施例中的运动轴8至11相互垂直。
在操作中，设置环绕工件2(在此处以横截面示出)的持久封闭的间隙型流体管道12，所示的示例性实施例中的流体管道12分别径向地或在外部地限定，并且仅通过电极4至7的再加工面13,14,15,16进行密封。电解液通过流体导管12在适当的压力下以垂直于图示平面的方式流动，所述电解液用于对工件2进行电化学加工，且减薄的产物同时通过电解液输送出来。
图2示出了尚未加工的工件2的初始位置。可以看出，电极4至7分别相互接合或者在***上相互重叠。为此，***上彼此相对的电极5和7分别具有平面滑动面17和18，它们以相互接触和密封的方式从外部承载在同样彼此相对的电极4和6的相应滑动面19,20上。因此在相邻的电极上提供相互作用的滑动面。在每种情况下，在接合两个相邻的电极4和6后，再加工面区域中的电极5和7具有准V形几何形状，其中用于再加工工件2的圆形边缘的实际再加工几何形状分别构造在滑动面17和18之间。
每个再加工几何形状13至16部分以这样一种方式实施，使得在终端位置中的所述再加工几何形状示出完全加工完成的工件2的面部分的相反面，所述工件2由相应的电极4至7进行加工。在电极4和6的情况下，这是工件2的上侧和下侧，后者是用于涡轮机的叶片部件。在电极5和7的情况下，这些是具有小半径的工件2的对应的两个边缘。
如下所述的，图2示出了在实际ECM操作开始时的电极组件3。电极4至7发散的程度较大，重叠程度还不是很高。此后，在接通电解液的输送并施加电流和电压时，第一操作模式中带有持续施加电流和电压的电极4至7，即所谓的“发生器下沉”，通过线性调节路径沿运动轴8至11的方向以线性方式沿箭头方向运动，并且因此朝向彼此推动。由于施加的电流可以为几千安培，并且电压可以在6至200V之间，所以根据ECM方法在所述工件表面上减薄工件材料，也就是说工件体积减小了。各个表面由各个电极4至7的再加工面13至17的各个相对部分成形。
在第一操作模式(发生器下沉)中以恒定电流和电压进行的线性重新调整运动被保持，直到达到限定的下沉深度，从而达到限定的中间位置。这通过合适的测量技术或传感器***进行检测。此后，通过中央控制装置自动切换到第二操作模式，即所谓的PECM模式。在所述第二操作模式中，例如，电流和电压仅以5至15Hz的频率以脉冲方式施加。当相应的电极处于操作位置时施加电流脉冲。当电流关闭时，电极稍稍偏离工件2，使得流体管道12开得更宽，因此间隙宽度稍微增大，使得电解液更好地流过该流体管道。此后，再次输送相应的电极并将相应的电极移动到操作位置，于是再次施加电流等。因此就电流和电极的定位而言提供间歇操作。这里应该注意的是，第一操作模式中(也就是发生器下沉)的间隙宽度比第二操作模式中(也就是PECM操作)的间隙宽度稍大。而第一种操作模式中的间隙宽度约为0.2至0.3mm，第二操作模式中的所述间隙宽度在施加电流时(即减薄材料时)例如为0.05至0.1mm，通过使电极发散，第二操作模式中的间隙宽度被扩大到例如0.2至0.3mm。
因此，在单个处理过程中执行两种不同的操作模式，即从图2中所示的初始位置到图3所示的终端位置的重新调整过程，其中电极4至7更大程度地汇聚(与图3比较)。与初始位置相比，滑动面17,18和19,20的重叠区域相应地大大增大。可以看出，再加工面13至16通过在ECM处理之后限定工件2的最终轮廓的面部分，也就是说在上侧和下侧区域中的部分以及在两个边缘的区域互补，限定了在工件2上再加工的明确的三维最终几何形状。由于电极4至7在整个重新调整过程期间从图2的初始位置到图2的终端位置相互接触且密封流体间隙12，该最终几何形状在工件的整个圆周上是非常均匀的，因为相应的相邻电极的再加工面与工件2周围的每个位置相对，因此每个位置处减薄材料。在整个重新调整运动期间，无关操作模式，确保了在每个位置处减薄材料，从而可以实现非常均匀的减薄并且因此也可以实现非常均匀的表面图案。
各个电极4至7延伸穿过待加工工件的整个长度，在所示实例中待加工工件为涡轮机的叶片部分。所述叶片部分的前端和后端通过叶片根部和护罩环限定，电极4至7在其间***。
图4和5示出了本发明的ECM装置1的另一部分视图，其中相同的附图标记用于相同的部件。在此仅提供三个电极4,5,6，所述电极4,5,6具有各自的再加工面13,14,15。同图2和图3的设计实施例中的情况那样，电极5通过其滑动面17接合电极4和6的相应的相邻滑动面19和20。
在该实施例中，仅设置一个在边缘上再加工的电极5。位置固定的管道部件21设置在相对侧上，两个电极4和6通过边缘部分22,23(这里形状略微不同)以滑动和密封的方式支承在所述管道部件21上。
这里电极4至6也通过相应的线性驱动单元能够通过滑动面17,19和20沿着运动轴8,9,10以线性方式汇聚，所述电极4至6通过滑动面17,19和20在彼此上滑动，而电极4,6通过其边缘部分22,23在管道部件21上滑动。在图5所示的终端位置处，电极5与电极4和6的重叠程度以与类似于图2和3的示例性实施例的方式再次显著增大。电极4,6的边缘部分22,23在工件2的相对的边缘侧上彼此支承。由于朝向边缘部分22,23的过渡处的两个电极4,6的相应的再加工面13,15的几何形状，在仅具有三个电极的设计实施例中，也可以以圆形方式构造工件2的边缘，以使其对应于预定的几何形状。
图4以放大的细节图再次示出了本发明的ECM装置1的片段，该装置具有机器框架24，在该机器框架24上设置有实际进行ECM处理的操作室25。以示例的方式示出了四个电极4,5,6,7和相应的线性驱动单元26,27,28,29。
每个线性驱动单元26至29(其中下文仅将一个线性驱动单元描述为具有基本相同的构造)包括力矩马达31形式的驱动马达30，所述驱动马达30包括驱动主轴32，以线性方式运动的电极保持器33连接至所述驱动主轴32。具有外螺纹的驱动主轴通过力矩马达31旋转。所述驱动主轴在位置固定的螺母34中被引导并且联接到电极保持器33。取决于主轴的旋转方向，电极保持器33在主轴转动的情况下与主轴32以线性方式共同运动。以这种方式执行单个电极4至7的相应输送。所示的线性驱动单元26至29的构造或配置分别仅是示例性的。其他线性运动的概念也是可以设想的；然而，其中的一个共同因素应该是力矩马达31，该力矩马达31一方面能够进行PECM操作所需的非常快速的间歇定位操作(因为后者处于更高的频率)并且另一方面也允许高度精确的定位。
所有线性驱动单元26至29都是可单独致动的，这意味着上级控制装置分别致动每个力矩马达31，使得电极的运动可以以最佳方式执行。
在图6的设计实施例的情况下，线性驱动单元26至29的位置是固定的。力矩马达31因此是不动的；只有主轴32和电极保持器33被引导成可以线性运动。这意味着线性驱动单元26至29的运动轴之间的角度是固定的，所述角度是90°，如在图2中以示例性方式所示。
为了轴角度可以出现相应的变化，装置1的局部视图在图7中有所示出，其中在该装置1中，各个线性驱动单元26至29可沿着圆形路径(如由箭头P1表示的)运动。为此，例如设置一圆形导向路径35，通过单独的滑动部件或类似部件(此处未详细示出)将线性驱动单元26至29安装在该圆形导向路径35上。所述滑动部件可围绕中心Z转动，中心Z位于操作室25的中心。这通过相应的致动器或驱动马达36，优选力矩马达或伺服马达，以示例性的方式执行，其中力矩马达或伺服马达处均有示出的每个线性驱动单元26至29。
以这种方式，如果分别由于工件的几何形状或可更换电极的电极几何形状的原因而需要线性驱动单元26至29相对于彼此来重新调整相对的相互角度，那么这是可以实现的。
图8最终示出了用于执行ECM方法的本发明的装置1的示意图。这里仅示例性地示出两个线性驱动单元26,28；另外两个线性驱动单元与前两个驱动单元正交。还示出了两个分配的电极4,6和位于所述两个分配的电极之间的工件2。
工件2分别接收或夹紧在工件保持件37中，所述工件保持件37分别通过定位装置39的插座装置38获得或夹紧在其中。定位装置39具有相应的主轴(未示出)，所述插座装置38设置在所述主轴上。通过所述插座装置38，可以将工件2移入和移出操作室25，如双箭头P2所示。
在此可以设想，当工件2运动到操作位置时和/或在工件位于操作位置时，主轴或插座装置38分别围绕其纵向轴线旋转，使得在其上各自扭转的情况下工件可以在电极4至7之间穿过。
在此由虚线示出的料匣40和最佳转换装置41进一步配属于定位装置39。已经固定地布置在相应的工件保持件37上的多个待加工的工件2接收在所述料匣40中。该料匣40可以由监督装置1的人预先储存。例如，转换装置41在操作时获取下一个待加工工件的相应工件保持件37，并将所述工件保持件37转移到定位装置39，定位装置39通过连接到主轴(未详细示出)的插座装置38获取所述工件保持件37。在处理之后，以相反顺序进行加工后的工件2的转换操作，通过所述装换装置41将所述加工后的工件从定位装置39中取出并将其转移入料匣40中。
此外示出的是输送和供应装置42，ECM操作所需的电解液通过该装置42被供应到操作室25并且在闭合回路中再次从操作室25排出。装置42包括合适的泵，其提供所需的操作压力。
此外还示出了电源43，电源43包括一发生器，通过该发生器，形成阴极的电极4至7和形成阳极的工件2提供有几百至几千安培的所需操作电流。
此外示出的是中央控制装置44，其控制本发明的装置1的所有操作部件的操作，从而分别控制电源装置43或发生器，用于供应电解液的装置42，定位装置39和转换装置41。配属于所述中央控制装置44的是相应的传感器装置，传感器装置确定相应的操作或位置参数等，控制装置44基于所述参数控制操作。测量装置或传感器装置包括用于高度精确地检测相应的电极位置的相应传感器，这在两种操作模式中的力矩马达31的致动操作是必需的。而且，电极在PECM操作等中的操作位置或展开位置中的相应定位也通过所述控制装置44进行控制。当然这同样适用于定位装置39；在此，检测工件2占据的相应终端位置，从而检测操作位置，当然也就是在更换零件时相应地定位或完成程序等。
此外，在PECM操作中需要高度精确地驱动电源43，进而高度精确地驱动发生器，因为发生器仅脉动。发生器43的脉冲频率以及因此力矩马达31缩回和展开电极的频率通常在5至10Hz的范围内，但也可以更高，例如高达15Hz。
控制装置44尤其负责将本发明的装置1的操作模式从第一操作模式切换到第二操作模式(即PECM操作)，其中在第一操作模式中，优选地以恒定的方式输送带有持久和恒定施加的电流的电极4至7，而在第二操作模式中，对材料进行脉冲减薄。用于从第一操作模式切换到第二操作模式的触发器是检测由电极4至7占据的相应位置或中间位置，并且该相应位置或中间位置指示已经通过相应电极减薄了足够的材料。由此在第一操作模式中通过减薄相对较大的材料来执行准粗略减薄，而在第二脉冲PECM模式中执行获得最终轮廓的精细处理。所有这些在单个装置中通过操作模式切换以及在单个运动循环中以及在单个夹紧中执行，这意味着工件2始终保持在同一个位置，因此尽管实施了两种不同的操作模式，它们也不需要被再次夹紧。这当然也应用于在两种操作模式期间同样在相同位置中使用而没有任何转换过程的电极4至7。

Claims (27)

1.一种用于生产金属部件的方法，该方法是为了产生三维形状而在一设备中被电化学加工以便减薄材料，其中该设备用于电化学加工，该设备的至少一个电极放置在部件一端，以与待加工的部件部分相邻且通过一管道间隙与之间隔开来，同时在电解液存在的情况下，施加电流和电压到所述至少一个电极和所述部件上，且所述至少一个电极沿着所述部件的方向从初始位置运动到终端位置，该方法的特征在于：
-在该设备中，在第一操作模式中，通过持久施加电流和持久施加电压，通过所述管道间隙的恒定电解液流量，所述至少一个电极沿着所述部件方向在保持第一间隙宽度的同时从所述初始位置恒定前进来减薄材料，并且
-在不更改所述部件的同一设备中，通过实现预定减薄深度，自动转换到第二操作模式，其中相同的至少一个电极在非操作位置和具有小于所述第一间隙宽度的第二间隙宽度的操作位置之间循环地运动，其中电流脉冲和电压脉冲仅在所述操作位置中施加，并且电解液至少在所述非操作位置中流过所述管道间隙，其中保持所述第二操作模式直到已经实现了要产生的最终几何形状，
其中，所述第一操作模式为ECM处理，所述第二操作模式为PECM处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一间隙宽度在0.2mm和0.3mm之间，所述第二间隙宽度在0.03mm和0.1mm之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述持久施加电流和所述电流脉冲在1500A与20000A之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述持久施加电压和所述电压脉冲在6V和200V之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非操作位置和所述操作位置之间的运动频率以及所述电流脉冲频率在5Hz和15Hz之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，流过所述管道间隙的所述电解液的压强在5bar和20bar之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极在所述第一操作模式和所述第二操作模式中均通过相同的驱动马达移动。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使用力矩马达作为驱动马达。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一操作模式和所述第二操作模式中，多个电极相对于所述部件同时运动，其中每个电极通过单独的驱动马达移动。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，彼此支承的所述电极在周边上相互重叠并共同限定所述管道间隙。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使用至少三个电极，所述至少三个电极包括两个外部电极，其中所述两个外部电极沿着限定所述管道间隙的位置固定的密封部件滑动。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使用限定所述管道间隙的四个电极，所述管道间隙环绕所述部件。
13.一种用于执行前述权利要求中任一项所述的方法的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个电极，所述至少一个电极借助于驱动马达相对于用于产生三维形状的部件移动，所述部件被电化学机械加工以减薄材料，所述至少一个电极定位在所述部件的一端，通过所述驱动马达使所述至少一个电极靠近待加工的部件部分并且通过所述管道间隙与待加工的部件部分间隔开，并且在存在电解液的情况下，将电流和电压施加到所述至少一个电极和所述部件，其中所述驱动马达，发电机和输送电解液的泵装置的操作通过控制装置来控制；该装置的特征在于，所述控制装置以这样的方式配置：
-在持久施加电流和持久施加电压以及通过管道间隙的恒定电解液流量的情况下，处于第一操作模式的所述至少一个电极可在所述部件的方向上恒定前进的同时保持第一间隙宽度，以及
-达到预定减薄深度的相同的所述至少一个电极在不更改所述部件的情况下通过自动转换到第二操作模式而可以在非操作位置和具有小于所述第一间隙宽度的第二间隙宽度的操作位置之间循环运动，其中仅在所述操作位置中施加电流脉冲和电压脉冲，并且所述电解液至少在所述非操作位置中流过该管道间隙，其中所述第二操作模式被保持直到实现待产生的最终几何形状为止，
其中，所述第一操作模式为ECM处理，所述第二操作模式为PECM处理。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，设置至少三个电极(5,6,7)，所述至少三个电极布置成围绕所述部件(2)的圆周偏移，所述三个电极(5,6,7)通过其相互接触的再加工面(13,14,15,16)在从所述初始位置到所述终端位置的整个调整运动期间分别部分相互接合，并且通过其再加工面(13,14,15,16)限定环绕所述部件(2)的圆周的封闭的所述管道间隙(12)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，设置在所述再加工面(14,16)上的两个电极(4,6)之间的电极(5,7)具有两个滑动面(17,18)，所述电极(5,7)通过所述两个滑动面(17,18)在所述两个相邻电极(4,6)的相应外滑动面(19,20)上滑动。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，两个彼此相对的电极(4,6)具有再加工所述部件(2)的上侧和下侧的再加工面(13,15)，而设置在所述两个彼此相对的电极(4,6)之间的至少一个第三电极(5)具有再加工所述部件(2)的边缘区域的再加工面(14)。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，提供与所述第三电极(5)相对设置的第四电极(7)，所述第四电极(7)同样具有再加工所述部件(2)的所述边缘区域的再加工面(16)。
18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，在三个电极(4,5,6)的情况下，两个外部电极(4,6)沿着位置固定的密封部件(21)滑动，所述密封部件(21)限定所述管道间隙(12)。
19.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，在四个电极(4,5,6,7)的情况下，两个彼此相对的电极(5,7)接合另两个电极(4,6)。
20.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，两个相邻电极(4,5,6)的线性驱动单元(26,27,28,29)的运动轴(8,9,10,11)以90°的相互角度设置，或者两个相邻电极(4,5,6)的线性驱动单元(26,27,28,29)的运动轴(8,9,10,11)以小于或大于90°的相互角度设置。
21.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，用于重新调整两个相邻线性驱动单元(26,27,28,29)的运动轴(8,9,10,11)之间的角度的所述线性驱动单元(26,27,28,29)可沿圆形路径(35)运动，其中每个线性驱动单元(26,27,28,29)借助伺服马达(31)沿着所述圆形路径运动。
22.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述驱动马达或每个驱动马达是力矩马达(31)。
23.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，每个电极(4,5,6,7)分配有与控制装置(44)通信的传感器装置，所述电极(4,5，6,7)的位置可通过所述传感器装置检测，其中所述控制装置(44)根据所述传感器装置检测来控制所述操作。
24.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，提供一定位装置(39)，所述定位装置(39)用于将所述部件(2)自动定位在操作室(25)中的所述操作位置。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，在将所述部件(2)转移到所述操作位置期间和/或所述部件(2)位于所述操作位置中时，所述部件通过所述定位装置可绕所述部件的纵轴线转动。
26.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，提供一料匣(40)，多个待加工的部件(2)在所述料匣(40)中进行加工，且所述料匣配属于所述定位装置(39)，所述部件(2)通过所述定位装置(39)或传送装置(41)自动取回。
27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，每个部件(2)被接收在工件保持件(37)中，所述工件保持件可通过所述定位装置(39)或所述传送装置(41)获得。
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