CN113182625B - 一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺，涉及涡轮叶片电解加工技术领域，包括工具阴极的制备、工具阴极的安装以及竹节孔的电解加工等步骤，本发明克服了传统方法的缺陷，能够在高电压的情况下，仍能保证加工过程的稳定性，从而提高电解加工的效率，缩短加工时间，当电解液温度升高时，能通过调节模块调节电解液的流速，以加速电解加工区热量的散失，达到了电解液温度的稳定控制。

Description

一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺

技术领域

本发明属于涡轮叶片电解加工技术领域，具体涉及一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺。

背景技术

随着航空工业的发展，涡轮进口的温度越来越高，因此对叶片材料的耐热能力提出了更高的要求，目前，对于叶片的冷却主要采用在叶片内部设计形状各异的流通通道(也即冷却通道)来增加叶片的散热，肋化冷却通道作为一种高效低阻的叶片冷却形式，可以在涡轮叶片的前缘、叶盆、叶背上得到应用，通常被称为“竹节孔”。“竹节孔”在传热过程中，冷却孔侧壁上的肋对流体有较大的扰动作用，这种扰动作用破坏了冷却通道内流体的边界层,减小了热边界层所产生的热阻，加速了冷却气体由层流向湍流的转化，同时这种肋化的冷却通道增大了换热面积，具有较好的冷却效果。

对于竹节孔的加工，目前主流采用的电解加工，也即利用工具阴极与工件阳极之间的产生的电场，阳极材料在电场力的作用下被熔接蚀除，并通过间隙排出，最终光孔被加工成竹节状。实践中，加工电压越大，电解效率越高，但由于加工间隙内产生大量的热，以及大量产物的形成，使得加工稳定性下降，因此制约了涡轮叶片的加工效率，因此，如何在高电压下仍然能够获得稳定的加工状态是目前需要克服的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺，以解决现有技术中导致的上述缺陷。

一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺，包括如下步骤：

步骤一、采用电解反拷法制备工具阴极，并在工具阴极的下端安装支撑环；

步骤二、将工具阴极的上端与定位工装连接，再将定位工装安装至升降机构内，工具阴极连接至电源负极，且工具阴极的入口处安装有进液管，完成工具阴极的安装，将定位工装侧面设置的回流管连接至循环泵一，循环泵一再通过连接管连接至储液槽，进液管的另一端依次连接过滤组件、循环泵二、储液槽；

步骤三、将待加工的涡轮叶片安装至电解槽内的夹具上并连接至电源正极，启动升降机构并将工具阴极进给到涡轮叶片上加工好的光孔内一定深度，借助于定位工装将光孔的入口端封闭，电解液经进液管进入到工具阴极的内孔中，再通过工具阴极与光孔之间的间隙流入到定位工装中的缓冲腔内，再经回流管流至储液槽内，接通电源，开始电解加工；

步骤四、电解加工完成后，关闭电源，升降机构驱动工具阴极上行至最高点，调整涡轮叶片的位置，准备对下一个光孔进行加工。

优选的，所述工具阴极由不锈钢管制成，沿着工具阴极的长度方向设置有若干个等距分布的绝缘层。

优选的，所述支撑环包括套环和翅片，所述翅片有若干个并周向布置于套环的外周，翅片所构成的圆弧的直径比光孔的内径小0.01-0.02mm，所述套环固定于工具阴极下端的外周，翅片的下端设置有圆弧形的倒角。

优选的，所述定位工装包括连接座、外管、内管和端盖，所述连接座固定在外管的外周，所述端盖安装于外管的上端并通过端盖将外管与内管连接在一起，外管的下端还连接有封闭环，封闭环与内管之间留有间隙，封闭环的下端设置有密封圈，内管的下端也连接有一个支撑环；

定位工装下行并与涡轮叶片接触后借助于密封圈将光孔的上端封闭，外管、内管、端盖、涡轮叶片之间形成一个相对封闭的缓冲腔。

优选的，所述升降机构包括立板、横板一、横板二、伺服电机、丝杠、移动块以及滑杆，横板一、横板二平行安装于立板的一侧且横板一位于横板二的上方，所述滑杆安装于横板一和横板二之间，所述伺服电机安装于横板一的上端且其输出端连接至丝杠，丝杠的上下两端分别通过轴承转动连接于横板一、横板二内，所述移动块滑动连接于滑杆上并通过丝杠螺母与丝杠螺纹连接，所述连接座安装于移动块上。

优选的，所述横板二上设有一通孔，所述移动块的下部能够穿过通孔。

优选的，所述回流管还连接有一个调节模块，该调节模块包括三通管、软管以及调节电路，三通管的水平段连接至回流管上，三通管的垂直段内固定有一个导热片且滑动连接有一活塞，该垂直段的末端连接至软管，软管连接至调节电路中的滑动变阻器，软管内填充有不可压缩液体，导热片与活塞之间的三通管内填充有一定量的压缩气体；

所述调节电路包括电源模块、滑动变阻器、循环泵一以及循环泵二，循环泵一以及循环泵二并联后再与电源模块、滑动变阻器串联，循环泵一、循环泵二还分别串联有电阻一、电阻二；

所述滑动变阻器包括变阻器本体、管道、磁性块和磁性活塞，所述管道位于变阻器本体中金属杆的上方且其两端安装在变阻器本体中的支架上，管道的一端连接至软管，磁性活塞滑动连接于管道内，变阻器本体中滑片的上端安装有所述的磁性块，磁性块与磁性活塞相互吸引。

本发明的优点在于：

(1)本发明克服了传统方法的缺陷，能够在高电压的情况下，仍能保证加工过程的稳定性，从而提高电解加工的效率，缩短加工时间，当电解液温度升高时，能通过调节模块调节电解液的流速，以加速电解加工区热量的散失，达到了电解液温度的稳定控制。

(2)工具阴极下端的支撑环的设置，一方面，可以保持工具阴极具有良好的对中性，也即工具阴极的中心线与光孔的中心线对齐，另一方面，由于保证了工具阴极始终与工件阳极之间留有间隙，也可以防止加工中短路现象的发生；内管下端的支撑环能够配合另外一个支撑环起到稳定工具阴极的作用，保证其具有稳定的加工间隙，同时，还可以起到引流作用。

(3)循环泵一与缓冲区配合，能够将缓冲腔内的电解液迅速抽出，以提高间隙内电解液的流速，加快电解产物的排出以及间隙处的散热，从而得到一个相对稳定的加工状态。由于设置了密封圈，从间隙内流出的电解液无需再无序地流入到电解槽内后再排至储液槽内，净化了涡轮叶片的加工环境。

(4)通过软管实现了将电解液温度的变化传导至滑动变阻器，以实现循环泵一、循环泵二转速的调整，进而调节电解液的流速以加速电解加工区热量的散失，上述柔性传导过程能够提高本装置的适应性。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明加工原理图。

图3、图4为本发明中工具阴极不同视角的工作示意图。

图5为本发明中定位工装及工具阴极的装配图。

图6为图5中A处的局部详图。

图7为图2中B处的局部详图。

图8为图2中C处的局部详图。

图9为图2中回流管处的局部详图。

图10为本发明中调节电路的示意图。

图11为本发明中滑动变阻器的结构示意图。

其中：

1-升降机构，11-立板，12-横板一，13-横板二，14-伺服电机，15-丝杠，16-移动块，17-滑杆，2-定位工装，21-连接座，22-外管，23-内管，24-端盖，25-封闭环，26-密封圈，27-缓冲腔，3-工具阴极，4-支撑环，41-套环，42-翅片，5-电解槽，6-夹具，7-循环泵一，8-循环泵二，9-过滤组件，10-储液槽，11-进液管，12-回流管，13-工件阳极，141-三通管，142-软管，143-活塞，144-导热片，145-不可压缩液体，146-压缩气体，147-电源模块，148-滑动变阻器，1481-支架，1482-滑片，1483-金属杆，1484-管道，1485-磁性活塞，1486-磁性块，1487-变阻器本体，149-电阻一，1410-电阻二。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图8所示，本发明公开了一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺，具体包括如下步骤：

步骤一、采用电解反拷法制备工具阴极3，并在工具阴极3的下端安装支撑环4；

步骤二、将工具阴极3的上端与定位工装2连接，再将定位工装2安装至升降机构1内，工具阴极3连接至电源负极，且工具阴极3的入口处安装有进液管11，完成工具阴极3的安装，将定位工装2侧面设置的回流管12连接至循环泵一7，循环泵一7再通过连接管连接至储液槽10，进液管11的另一端依次连接过滤组件9、循环泵二8、储液槽10；

步骤三、将待加工的涡轮叶片安装至电解槽5内的夹具6(图中做了简化处理)上并连接至电源正极，启动升降机构1并将工具阴极3进给到涡轮叶片上加工好的光孔内一定深度，借助于定位工装2将光孔的入口端封闭，电解液经进液管11进入到工具阴极3的内孔中，再通过工具阴极3与光孔之间的间隙流入到定位工装2中的缓冲腔27内，再经回流管12流至储液槽10内，接通电源，开始电解加工；

步骤四、电解加工完成后，关闭电源，升降机构1驱动工具阴极3上行至最高点，调整涡轮叶片的位置，准备对下一个光孔进行加工。

在本实施例中，所述工具阴极3由不锈钢管制成，沿着工具阴极3的长度方向设置有若干个等距分布的绝缘层。

在本实施例中，所述支撑环4包括套环41和翅片42，所述翅片42有若干个并周向布置于套环41的外周，翅片42所构成的圆弧的直径比光孔的内径小0.01-0.02mm，所述套环41固定于工具阴极3下端的外周，翅片42的下端设置有圆弧形的倒角。支撑环4的设置，一方面，可以保持工具阴极3具有良好的对中性，也即工具阴极3的中心线与光孔的中心线对齐，另一方面，由于保证了工具阴极3始终与工件阳极13(也即涡轮叶片)之间留有间隙，也可以防止加工中短路现象的发生。

在本实施例中，所述定位工装2包括连接座21、外管22、内管23和端盖24，所述连接座21固定在外管22的外周，所述端盖24安装于外管22的上端并通过端盖24将外管22与内管23连接在一起，外管22的下端还连接有封闭环25，封闭环25与内管23之间留有间隙，封闭环25的下端设置有密封圈26，内管23的下端也连接有一个支撑环4，该支撑环4能够配合另外一个支撑环4起到稳定工具阴极3的作用，保证其具有稳定的加工间隙，同时，还可以起到引流作用；

定位工装2下行并与涡轮叶片接触后借助于密封圈26将光孔的上端封闭，外管22、内管23、端盖24、涡轮叶片之间形成一个相对封闭的缓冲腔27。电解液的流通路径如下：

循环泵二8将储液槽10内经恒温处理后的电解液抽出，经过滤组件9过滤后进入到进液管11，然后进入到工具阴极3的内孔中，从工具阴极3的另一端排出，再通过工具阴极3与光孔之间的间隙流入到定位工装2中的缓冲腔27内，再经回流管12流至储液槽10内。在此过程中，循环泵一7的设置可以将缓冲腔27内的电解液迅速抽出，以提高间隙内电解液的流速，加快电解产物的排出以及间隙处的散热，从而得到一个相对稳定的加工状态。由于设置了密封圈26，从间隙内流出的电解液无需再无序地流入到电解槽5内后再排至储液槽10内，净化了涡轮叶片的加工环境。

在本实施例中，所述升降机构1包括立板11、横板一12、横板二13、伺服电机14、丝杠15、移动块16以及滑杆17，横板一12、横板二13平行安装于立板11的一侧且横板一12位于横板二13的上方，所述滑杆17安装于横板一12和横板二13之间，所述伺服电机14安装于横板一12的上端且其输出端连接至丝杠15，丝杠15的上下两端分别通过轴承转动连接于横板一12、横板二13内，所述移动块16滑动连接于滑杆17上并通过丝杠螺母与丝杠15螺纹连接，所述连接座21安装于移动块16上。

在本实施例中，所述横板二13上设有一通孔，所述移动块16的下部能够穿过通孔。

如图9至图11所示，所述回流管12还连接有一个调节模块，该调节模块包括三通管141、软管142以及调节电路，三通管141的水平段连接至回流管12上，三通管141的垂直段内固定有一个导热片144且滑动连接有一活塞143，该垂直段的末端连接至软管142，软管142连接至调节电路中的滑动变阻器148，软管142内填充有不可压缩液体145，导热片144与活塞之间的三通管141内填充有一定量的压缩气体146；

所述调节电路包括电源模块147、滑动变阻器148、循环泵一7以及循环泵二8，循环泵一7以及循环泵二8并联后再与电源模块147、滑动变阻器148串联，循环泵一7、循环泵二8还分别串联有电阻一149、电阻二1410；

所述滑动变阻器148包括变阻器本体1487、管道1484、磁性块1486和磁性活塞1485，所述管道1484位于变阻器本体1487中金属杆1483的上方且其两端安装在变阻器本体1487中的支架1481上，管道1484的一端连接至软管142，磁性活塞1485滑动连接于管道1484内，变阻器本体1487中滑片1482的上端安装有所述的磁性块1486，磁性块1486与磁性活塞1485相互吸引。

本发明中电解液流速的调节过程如下：

当电解液温度升高时，其热量会传到至三通管141内的导热片144，压缩气体146的温度升高后膨胀，活塞143受到的压强增大并向前移动，活塞143的移动驱动软管142内的不可压缩液体145同步移动，进而推动管道1484内的磁性活塞1485沿着管道1484移动，由于磁性块1486与磁性活塞1485之间有磁力约束，磁性活塞1485会驱动磁性块1486同步移动，从而调节变阻器本体1487中滑片1482的位置，滑动变阻器148的阻值减小，流至循环泵一7以及循环泵二8的电流增大，循环泵一7以及循环泵二8的转速增加，加快电解液的流速，以加速电解加工区热量的散失，当其电解液的温度下降后，再反向操作，流至循环泵一7以及循环泵二8的电流逐渐减小，电解液的流速减小，直至恢复至正常水平。

本发明中，电解槽5的设置目的在于能够收集部分溢出或洒落的电解液。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (3)

1.一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采用电解反拷法制备工具阴极(3)，并在工具阴极(3)的下端安装支撑环(4),所述工具阴极(3)由不锈钢管制成，沿着工具阴极(3)的长度方向设置有若干个等距分布的绝缘层；

步骤二、将工具阴极(3)的上端与定位工装(2)连接，再将定位工装(2)安装至升降机构(1)内，工具阴极(3)连接至电源负极，且工具阴极(3)的入口处安装有进液管(11)，完成工具阴极(3)的安装，将定位工装(2)侧面设置的回流管(12)连接至循环泵一(7)，循环泵一(7)再通过连接管连接至储液槽(10)，进液管(11)的另一端依次连接过滤组件(9)、循环泵二(8)、储液槽(10)；

步骤三、将待加工的涡轮叶片安装至电解槽(5)内的夹具(6)上并连接至电源正极，启动升降机构(1)并将工具阴极(3)进给到涡轮叶片上加工好的光孔内一定深度，借助于定位工装(2)将光孔的入口端封闭，电解液经进液管(11)进入到工具阴极(3)的内孔中，再通过工具阴极(3)与光孔之间的间隙流入到定位工装(2)中的缓冲腔(27)内，再经回流管(12)流至储液槽(10)内，接通电源，开始电解加工；

步骤四、电解加工完成后，关闭电源，升降机构(1)驱动工具阴极(3)上行至最高点，调整涡轮叶片的位置，准备对下一个光孔进行加工；

所述支撑环(4)包括套环(41)和翅片(42)，所述翅片(42)有若干个并周向布置于套环(41)的外周，翅片(42)所构成的圆弧的直径比光孔的内径小0.01-0.02mm，所述套环(41)固定于工具阴极(3)下端的外周，翅片(42)的下端设置有圆弧形的倒角；

所述定位工装(2)包括连接座(21)、外管(22)、内管(23)和端盖(24)，所述连接座(21)固定在外管(22)的外周，所述端盖(24)安装于外管(22)的上端并通过端盖(24)将外管(22)与内管(23)连接在一起，外管(22)的下端还连接有封闭环(25)，封闭环(25)与内管(23)之间留有间隙，封闭环(25)的下端设置有密封圈(26)，内管(23)的下端也连接有一个支撑环(4)，工具阴极(3)穿设于内管(23)内；

定位工装(2)下行并与涡轮叶片接触后借助于密封圈(26)将光孔的上端封闭，外管(22)、内管(23)、端盖(24)、涡轮叶片之间形成一个相对封闭的缓冲腔(27)；

所述回流管(12)还连接有一个调节模块，该调节模块包括三通管(141)、软管(142)以及调节电路，三通管(141)的水平段连接至回流管(12)上，三通管(141)的垂直段内固定有一个导热片(144)且滑动连接有一活塞(143)，该垂直段的末端连接至软管(142)，软管(142)连接至调节电路中的滑动变阻器(148)，软管(142)内填充有不可压缩液体(145)，导热片(144)与活塞之间的三通管(141)内填充有一定量的压缩气体(146)；

所述调节电路包括电源模块(147)、滑动变阻器(148)、循环泵一(7)以及循环泵二(8)，循环泵一(7)以及循环泵二(8)并联后再与电源模块(147)、滑动变阻器(148)串联，循环泵一(7)、循环泵二(8)还分别串联有电阻一、电阻二；

所述滑动变阻器(148)包括变阻器本体(1487)、管道(1484)、磁性块(1486)和磁性活塞(1485)，所述管道(1484)位于变阻器本体(1487)中金属杆(1483)的上方且其两端安装在变阻器本体(1487)中的支架(1481)上，管道(1484)的一端连接至软管(142)，磁性活塞(1485)滑动连接于管道(1484)内，变阻器本体(1487)中滑片(1482)的上端安装有所述的磁性块(1486)，磁性块(1486)与磁性活塞(1485)相互吸引。

2.根据权利要求1所述的一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺，其特征在于：所述升降机构(1)包括立板、横板一、横板二、伺服电机(14)、丝杠(15)、移动块(16)以及滑杆(17)，横板一、横板二平行安装于立板的一侧且横板一位于横板二的上方，所述滑杆(17)安装于横板一和横板二之间，所述伺服电机(14)安装于横板一的上端且其输出端连接至丝杠(15)，丝杠(15)的上下两端分别通过轴承转动连接于横板一、横板二内，所述移动块(16)滑动连接于滑杆(17)上并通过丝杠螺母与丝杠(15)螺纹连接，所述连接座(21)安装于移动块(16)上。

3.根据权利要求2所述的一种多齿涡轮叶片精密电解加工工艺，其特征在于：所述横板二上设有一通孔，所述移动块(16)的下部能够穿过通孔。

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