CN114769762B - 同步进给随动冲液的整体式阴极装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步进给随动冲液的整体式阴极装置及方法，属于电解加工领域。该装置特点在于：为了避免采用分离式阴极装置定位装配造成的加工误差，导液盖与阴极工具通过回转轴承构成整体式阴极装置，实现同步进给加工。在本装置结构中，阴极工具连接机床主轴，回转轴承内圈连接阴极工具，外圈连接导液盖，两者既可同步进给又可相对旋转。侧封水滑块装配于导液盖两侧的滑槽内，弹簧柱塞装配于下导液盖的两侧圆孔内，使加工过程中，侧封水滑块受弹力动态贴合在整体叶盘两侧，起持续随动冲液的作用。采用本发明的整体式阴极装置，通过回转轴承使导液盖与阴极工具同步进给，简化了分离式装配工序，提高了定位精度与加工效率，保证了整体叶盘电解加工质量。

Description

同步进给随动冲液的整体式阴极装置及方法

技术领域

本发明属于电解加工技术领域，尤其涉及一种同步进给随动冲液的整体式阴极装置及方法。

背景技术

航天发动机作为核心动力部件，是现代航空航天飞行器的重要组成部分，被誉为高端制造业领域的“现代工业皇冠上的明珠”。随着航空航天技术不断提高，航空发动机不断朝着高推重比、低功耗、高可靠性方向发展，整体构件如整体式扩压器、整体叶盘等作为能够显著提高发动机性能的零件得到广泛的应用。整体叶盘作为一种新型整体结构部件，将叶片和轮盘结合成一体，逐渐取代了传统叶盘的榫头与榫槽连接结构，对我国航空事业的发展有重要意义。近年来，整体叶盘材料逐渐采用高强度、高硬度、高韧性材料如钛合金、高温合金等，其整体结构逐渐朝超薄、高精密、大扭曲叶片和狭窄通道方向发展，给整体叶盘制造带来很大困难，仅用传统的叶盘机械加工方法难以满足使用要求，必须研究更先进的加工技术，探索出低成本、高效率、高精度的加工工艺。

电解加工是一种基于金属阳极电化学溶解原理加工去除金属材料的技术，是借助预先成形的阴极将工件按照一定的形状和尺寸加工成形的工艺方法。与其他加工方法相比，电解加工因其自身拥有独特的优势，包括加工效率高、可加工高硬度难切削金属材料、加工表面质量好、工具阴极无损耗、加工复杂结构无残余应力等，在整体叶盘制造中有很大的应用价值。

一般整体叶盘电解加工共分为两道工序：叶栅通道预加工和叶片型面精加工。叶栅通道预加工即在整体叶盘毛坯上预加工出与叶片形状相似的叶栅通道，形成具有一定余量和精度的叶片毛坯，其目的是去除大部分毛坯材料，为后续精加工提供放置型面电极的空间，以达到良好的型面精加工效果。精加工工序采用成型电极运动至预加工出的叶盘通道内，通过两个成型电极相向运动电解加工完成理想叶片型面精密成型。提高叶栅通道的加工效率与表面质量，满足复杂型面叶盘的制造要求，持续是开展电解加工技术研究的目的和重点内容之一。

在专利“基于电压调节的锥形轮毂整体叶盘多叶栅电解装置及方法”(申请号202110265686.7申请人南京航空航天大学，发明人朱荻刘嘉宗亚伟徐正扬)中，通过中空工具阴极阵列的同步偏心摆动进给结合工件旋转的复合运动，实现锥形轮毂型面加工。与之相比，本发明采用整体式阴极装置同步进给与工件旋转复合运动实现叶栅通道加工。

在专利“叶片/整体叶盘全向进给脉动态精密电解加工装置及方法”(申请号202110598369.7申请人南京航空航天大学，发明人刘嘉朱荻汪浩刘言)中，采用四个工具阴极之间围成侧壁封闭的加工腔室同时作匀速进给运动完成加工，与之相比，本发明采用整体式阴极装置同步进给运动完成叶栅通道加工，并通过随动冲液保证流场稳定性。

在专利“一种电磁控制式整体叶盘电解加工装置及方法”(申请号202110929851.4申请人合肥工业大学，发明人张聚臣刘洋陈顺华常伟杰)中，提供了一种电磁控制式整体叶盘电解加工装置及方法，不同于传统的套料式、径向式或旋转进给式整体叶盘加工方法。与之相比，本发明采用整体式阴极装置同步进给加工完成整体叶盘的叶栅通道加工。

在专利“一种非匀速双旋转整体叶盘叶栅通道电解加工方法”(申请号201910756930.2申请人南京航空航天大学，发明人徐正扬王璟朱荻)中，采用夹具固定，工具阴极旋转进给与整体叶盘旋转进给复合运动，加工出叶栅通道余量均匀且表面质量高。与之相比，本发明采用导液盖与阴极工具整体同步运动，简化了阴极装置装配时间。

在专利“一种整体叶盘电解成形旋转开形工装及电解成形方法”(申请号201911052748.5申请人沈阳黎明航空发动机有限责任公司，发明人郑鑫刘海波桓恒陈东)中，采用旋转开形套筒组件通过轴夹持器装配运动，完成整体叶盘变曲面叶片旋转开形加工。与之相比，本发明采用整体式阴极结构，电解液于导液盖内部引流完成加工。

在专利“一种整体内腔螺旋进给电解加工夹具”(申请号201720221638.7申请人安徽理工大学，发明人张星光孙伦业周庆宏王龙张正黄绍服)中，针对电解液泄漏及流场紊乱的难题，设计了电解夹具由夹具体、引流块、工具阴极和阴极杆密封装置组成。但在加工过程中夹具持续固定不动，与之相比，本发明的导液盖随阴极工具同步进给运动。

在专利“整体叶盘叶栅通道电解加工动态辅助供液夹具及供液方式”(申请号201410226399.5申请人南京航空航天大学，发明人朱栋张聚臣刘嘉方忠东张矿磊徐正扬朱荻)中，提出了一种动态辅助供液夹具及供液方式，改善电解液流场，提高了加工稳定性和效率。与之相比，本发明的整体式阴极装置的流场随机床共同运动，持续随动冲液。

在专利“空间旋转进给复合工件倾斜摆动整体叶盘电解加工方法”(申请号201410457130.8申请人南京航空航天大学，发明人朱栋谷洲之刘嘉方忠东徐正扬朱荻)中，通过工具电极空间旋转进给复合工件倾斜摆动的方式完成叶盘叶栅通道电解加工。与之相比，本发明设计的整体式阴极装置同步进给复合工件旋转运动完成叶栅通道成型。

在专利“可直线与旋转复合进给的整体叶盘电解加工工具及方法”(申请号201410013249.6申请人南京航空航天大学，发明人徐正扬张聚臣刘嘉朱栋朱荻)中，电解加工阴沿阴极连接杆轴线方向旋转进给，同时工件绕自身轴线旋转，夹具单独固定。与之相比，本发明设计的导液盖与阴极工具构成整体式结构，同步进给同时阴极相对旋转。

在专利“整体叶盘电解开槽用电极和整体叶盘电解开槽加工方法”(申请号201210367002.5申请人沈阳黎明航空发动机有限责任公司，发明人王德新朱海南于冰盛文娟)中，阴极为空心指状结构，内部有电解液通道，加工余量均匀且复制精度高。与之相比，本发明采用整体式阴极装置同步进给使叶栅通道成形，随动冲液使电解液循环。

目前在叶栅通道预加工过程中，工件装配于机床旋转平台上，导液盖与阴极工具常常采用分离式装配于机床上，阴极与机床轴连接进行径向进给加工，导液盖通过连接底座固定在机床平台上保持静止。在加工前需分别对导液盖与阴极工具进行定位装配，避免阴极工具在进给过程中与导液盖发生干涉，增加了整体叶盘电解加工前的准备时间。此外，在加工周期内，需要重复拆卸装配导液盖来判断加工阴极状态和叶片毛坯加工质量，导致整个加工过程工序繁琐。因此，为解决上述问题，简化导液盖与阴极工具定位装配步骤，提高整个加工周期内的加工效率，发明人提供了一种同步进给随动冲液的整体式阴极装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种同步进给随动冲液的整体式阴极装置，将导液盖与阴极工具装配成整体式结构同步进给，通过弹簧柱塞与侧封水滑块实现电解加工过程中随动冲液，简化分离式阴极装置装配定位工序，避免加工过程中导液盖的重复装配，提高整体叶盘叶栅通道预加工的定位精度与加工效率，保证整体叶盘电解加工质量。

一种同步进给随动冲液的整体式阴极装置，其特征在于:包括安装于机床旋转平台的工装夹具、安装于工装夹具的炮台；包括通过阴极转接杆与机床主轴相连的阴极；包括安装于阴极转接杆上，且内圈与阴极转接杆配合的回转轴承；包括套于阴极外侧的封水罩后座与封水罩；包括上导液盖、下导液盖和侧封水滑块；其中上导液盖设置进液口，上导液盖后部与回转轴承外圈配合，前部下表面设置有左右两条上滑槽；其中下导液盖设置出液口，下导液盖后部与回转轴承外圈配合，前部上表面设置有左右两条下滑槽, 每条下滑槽后方均设置有一个凸台，凸台前端面设置柱塞安装孔，其内安装弹簧柱塞；其中侧封水滑块包括左右两个，它们分别安装于相应侧的上滑槽和下滑槽之间；并且侧封水滑块的后端面与弹簧柱塞接触配合。

所述同步进给随动冲液的整体式阴极装置的加工方法，其特征在于包括以下过程:步骤S1：将炮台装配固定在机床旋转平台工装夹具上，使炮台圆弧中心轴与工件旋转轴同轴；将整体叶盘毛坯扇段装配固定在炮台上，扇段圆弧中心轴线与炮台圆弧中心轴同轴，整体叶盘毛坯扇段接电解加工电源正极；步骤S2-1：将阴极装配于阴极转接杆，并套上封水罩用封水罩后座连接;封水罩与阴极和阴极转接杆均保证间隙配合；阴极转接杆装配于机床主轴上沿阴极旋转进给轴运动，机床主轴连接电解加工电源负极；步骤S2-2：将弹簧柱塞装配于下导液盖两侧凸台前端的柱塞安装孔内，左右两个侧封水滑块分别装配于下导液盖两侧的下滑槽内，使侧封水滑块轻微顶压弹簧柱塞，将上导液盖与下导液盖固定，上导液盖的上滑槽与侧封水滑块配合，最终将上、下导液盖与侧封水滑块成为整体式结构；步骤S2-3：将回转轴承的内圈连接阴极转接杆，回转轴承外圈分别连接上导液盖和下导液盖，上导液盖的前端放置于整体叶盘毛坯扇段上端，将进液水管连接上导液盖的进液口，出液水管连接下导液盖的出液口实现电解液循环；步骤S3-1：驱动整体叶盘毛坯扇段旋转至叶栅通道待加工位置，驱动导液盖与阴极工具整体式结构至叶栅通道加工的最佳进给位置，侧封水滑块与整体叶盘毛坯扇段接触；步骤S3-2：开启电解液循环***通入电解液，接通电解加工电源，按照设定的加工轨迹运行数控程序驱动导液盖与阴极工具整体式结构沿着整体叶盘毛坯扇段径向作径向进给运动，其中阴极作旋转进给复合运动，上、下导液盖只作进给运动；同时整体叶盘毛坯扇段绕工件旋转轴旋转，完成叶栅通道粗加工和叶盘轮毂面加工；步骤S3-3：当一组叶栅通道与轮毂面加工结束，断开电解加工电源，关闭电解液循环***停止电解液供液；步骤S4：驱动导液盖与阴极工具整体式结构回退至初始位置，驱动整体叶盘毛坯扇段旋转360/n deg，n为叶片数量，依次重复上述加工步骤，进行下一组叶栅通道预加工，最终完成整体叶盘毛坯扇段的所有叶栅通道的预加工。

所述同步进给随动冲液的整体式阴极装置的加工方法，其特征在于:一方面，阴极装置中的导液盖与阴极工具通过回转轴承构成整体式结构装配于机床主轴上实现同步进给运动，朝整体叶盘作径向进给加工。另一方面，通过弹簧柱塞保证侧封水滑块与整体叶盘相对静止，使进给加工过程中，侧封水滑块受弹力持续贴合在整体叶盘叶栅通道两侧，起持续随动冲液的作用。

所述同步进给随动冲液的整体式阴极装置的加工方法，其特征在于:回转轴承由一个内圈和一个外圈组成，材质为渗碳不锈钢。每个圈内部存在精密滚道，用以传递负载并克服旋转阻力，使轴承内外圈相对旋转。通过回转轴承内圈连接阴极工具，外圈连接导液盖，实现整体式阴极装置既可同步进给又可相对旋转。在同步进给加工过程中，由于整体叶盘保持固定，整体式阴极装置内侧封水滑块受弹簧柱塞挤压从而紧密贴合在整体叶盘圆弧端面实现随动冲液。加工结束后，在整体式阴极装置回退过程中，弹簧柱塞自动恢复初始形状使侧封水滑块持续贴合以恢复至初始位置。

有益效果：与现有技术相比，本发明存在如下显著特点：

（1）、采用导液盖与阴极工具整体式装配，简化了传统分离式的定位装配工序，避免了导液盖单独需要支撑平台固定，优化了加工空间，缩短了阴极装置的装配准备时间，提高了装配效率。

（2）、无需分别对导液盖与阴极工具进行定位装配，避免阴极工具在进给过程中与导液盖发生干涉，减小了装配定位过程产生的误差，提高了导液盖与阴极工具的定位精度。

（3）、采用整体式阴极装置，在更换加工阴极过程中，无需拆卸分离导液盖，只需拆卸回转轴承的外圈与导液盖连接的螺丝钉，即可实现导液盖与阴极工具的完全分离。在更换导液盖、侧封水滑块或者弹簧柱塞过程中，无需分离加工阴极，只需单独拆卸上导液盖或者下导液盖即可完成更换，提高了整体式阴极装置灵活性。

（4）、采用随动冲液装置，避免了在整体式阴极装置同步进给回退过程中电解液从两侧导液盖与整体叶盘的间隙处泄漏，提高了整个加工过程中流场的稳定性，保证了加工精度。

（5）、采用整体式阴极装置同步进给随动冲液使整个加工周期内无需拆装导液盖，直接回退机床主轴即可实现整体式阴极装置与整体叶盘工件分离，便于整体叶盘工件的旋转以更换加工位置。

（6）、在加工过程中通过整体式阴极装置同步回退，即可判断加工阴极状态和叶片毛坯加工质量，优化整个加工过程工序，使电解加工过程更加灵活可控，提高整个加工周期内的加工效率。

附图说明

图1为本发明中整体叶盘电解加工过程示意图；

图2为本发明中导液盖与阴极工具整体式结构示意图；

图3为本发明中导液盖的弹簧柱塞与侧封水滑块剖面示意图

图4为本发明中整体叶盘电解加工初始位置示意图；

图5为本发明中整体叶盘电解加工结束位置示意图；

图中标号名称：阴极旋转进给轴1，机床主轴2，阴极转接杆3，回转轴承4，上导液盖5，上滑槽5-1，整体叶盘毛坯扇段6，炮台7，工装夹具8，工件旋转轴9，阴极10，侧封水滑块11，封水罩后座12，弹簧柱塞13，下导液盖14，下滑槽14-1，凸台14-2，柱塞安装孔14-3，封水罩15，回转轴承外圈16，回转轴承内圈17，电解液进液口18，电解液出液口19。

实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1和如图2所示，在本发明整体叶盘电解加工中，将整体叶盘毛坯扇段6作为阳极工件，通过和炮台7连接共同装配于机床旋转平台的工装夹具8上，绕工件旋转轴9实现旋转运动；阴极10与阴极转接杆3连接共同固定在机床主轴2上，封水罩后座12与封水罩15连接对阴极10起封水作用。回转轴承内圈17连接阴极转接杆3，回转轴承外圈16分别连接上导液盖5和下导液盖14，使导液盖（5、14）与阴极工具（3、10、12、15）构成整体式结构沿阴极旋转进给轴1作同步进给运动。电解过程中，电解液从上导液盖5的进液口18进液，从下导液盖14的出液口19出液实现电解液循环，导液盖之间装配有侧封水滑块11，下导液盖圆孔内装配有弹簧柱塞13，在加工过程中起持续随动冲液作用。

采用本发明整体式阴极装置同步进给电解加工过程，包括如下步骤：

步骤S1：将炮台7装配固定在机床旋转平台工装夹具8上，使炮台圆弧中心轴与工件旋转轴9同轴。将整体叶盘毛坯扇段6装配固定在炮台7上，扇段圆弧中心轴线与炮台圆弧中心轴同轴，整体叶盘毛坯扇段6接电解加工电源正极。

步骤S2-1：将阴极10装配于阴极转接杆3，并套上封水罩15用后座12连接。封水罩15与阴极10和阴极转接杆3均保证间隙配合。阴极转接杆3通过内侧孔装配于机床主轴2上沿阴极旋转进给轴1运动，机床主轴连接电解加工电源负极。

步骤S2-2：将弹簧柱塞13装配于下导液盖14两侧的圆孔内，侧封水滑块11装配于下导液盖14两侧的滑槽内，使侧封水滑块11轻微顶压弹簧柱塞13，将上导液盖5与下导液盖14固定，上导液盖5滑槽与侧封水滑块11配合，最终将导液盖（5、14）与侧封水滑块11成为整体式结构。

步骤S2-3：将回转轴承内圈17连接阴极转接杆3，回转轴承外圈16分别连接上导液盖5和下导液盖14，上导液盖5的前端放置于整体叶盘毛坯扇段6上端，将进液水管连接上导液盖5的进液口18，出液水管连接下导液盖的出液口19实现电解液循环。

步骤S3-1：驱动整体叶盘毛坯扇段6旋转至叶栅通道待加工位置，驱动导液盖与阴极工具整体式结构至叶栅通道加工的最佳进给位置，侧封水滑块11与整体叶盘毛坯扇段6接触。

步骤S3-2：开启电解液循环***通入电解液，接通电解加工电源，按照设定的加工轨迹运行数控程序驱动导液盖与阴极工具整体式结构沿着整体叶盘毛坯扇段6径向作径向进给运动，其中阴极10作旋转进给复合运动，导液盖(5、14)只作进给运动。同时整体叶盘毛坯扇段6绕工件旋转轴9旋转，完成叶栅通道粗加工和叶盘轮毂面加工。

步骤S3-3：当一组叶栅通道与轮毂面加工结束，断开电解加工电源，关闭电解液循环***停止电解液供液。

步骤S4：驱动导液盖与阴极工具整体式结构回退至初始位置，驱动整体叶盘毛坯扇段6旋转360/n deg（n为叶片数量），依次重复上述加工步骤，进行下一组叶栅通道预加工，最终完成整体叶盘毛坯扇段6的所有叶栅通道的预加工。

Claims (2)

1.一种同步进给随动冲液的整体式阴极装置，其特征在于:

包括安装于机床旋转平台的工装夹具（8）、安装于工装夹具（8）的炮台（7）；

包括通过阴极转接杆（3）与机床主轴相连的阴极（10）；

包括安装于阴极转接杆（3）上，且内圈与阴极转接杆（3）配合的回转轴承（4）；

包括套于阴极（10）外侧的封水罩后座（12）与封水罩（15）；

包括上导液盖（5）、下导液盖（14）和侧封水滑块（11）；其中上导液盖（5）设置进液口（18），上导液盖（5）后部与回转轴承（4）外圈配合，前部下表面设置有左右两条上滑槽（5-1）；其中下导液盖（14）设置出液口（19），下导液盖（14）后部与回转轴承（4）外圈配合，前部上表面设置有左右两条下滑槽（14-1）, 每条下滑槽（14-1）后方均设置有一个凸台（14-2），凸台（14-2）前端面设置柱塞安装孔（14-3），其内安装弹簧柱塞（13）；其中侧封水滑块（11）包括左右两个，它们分别安装于相应侧的上滑槽（5-1）和下滑槽（14-1）之间；并且侧封水滑块（11）的后端面与弹簧柱塞（13）接触配合。

2.利用权利要求1所述同步进给随动冲液的整体式阴极装置的加工方法，其特征在于包括以下过程:

步骤S1：将炮台（7）装配固定在机床旋转平台工装夹具（8）上，使炮台圆弧中心轴与工件旋转轴（9）同轴；将整体叶盘毛坯扇段（6）装配固定在炮台（7）上，扇段圆弧中心轴线与炮台圆弧中心轴同轴，整体叶盘毛坯扇段（6）接电解加工电源正极；

步骤S2-1：将阴极（10）装配于阴极转接杆（3），并套上封水罩（15）用封水罩后座（12）连接;封水罩（15）与阴极（10）和阴极转接杆（3）均保证间隙配合；阴极转接杆（3）装配于机床主轴（2）上沿阴极旋转进给轴（1）运动，机床主轴连接电解加工电源负极；

步骤S2-2：将弹簧柱塞（13）装配于下导液盖（14）两侧凸台（14-2）前端的柱塞安装孔（14-3）内，左右两个侧封水滑块（11）分别装配于下导液盖（14）两侧的下滑槽（14-1）内，使侧封水滑块（11）轻微顶压弹簧柱塞（13），将上导液盖（5）与下导液盖（14）固定，上导液盖（5）的上滑槽（5-1）与侧封水滑块（11）配合，最终将上、下导液盖与侧封水滑块（11）成为整体式结构；

步骤S2-3：将回转轴承内圈（17）连接阴极转接杆（3），回转轴承外圈（16）分别连接上导液盖（5）和下导液盖（14），上导液盖（5）的前端放置于整体叶盘毛坯扇段（6）上端，将进液水管连接上导液盖（5）的进液口（18），出液水管连接下导液盖的出液口（19）实现电解液循环；

步骤S3-1：驱动整体叶盘毛坯扇段（6）旋转至叶栅通道待加工位置，驱动导液盖与阴极工具整体式结构至叶栅通道加工的最佳进给位置，侧封水滑块（11）与整体叶盘毛坯扇段（6）接触；

步骤S3-2：开启电解液循环***通入电解液，接通电解加工电源，按照设定的加工轨迹运行数控程序驱动导液盖与阴极工具整体式结构沿着整体叶盘毛坯扇段（6）径向作径向进给运动，其中阴极（10）作旋转进给复合运动，上、下导液盖只作进给运动；同时整体叶盘毛坯扇段（6）绕工件旋转轴（9）旋转，完成叶栅通道粗加工和叶盘轮毂面加工；

步骤S3-3：当一组叶栅通道与轮毂面加工结束，断开电解加工电源，关闭电解液循环***停止电解液供液；

步骤S4：驱动导液盖与阴极工具整体式结构回退至初始位置，驱动整体叶盘毛坯扇段（6）旋转360/n deg，n为叶片数量，依次重复上述加工步骤，进行下一组叶栅通道预加工，最终完成整体叶盘毛坯扇段（6）的所有叶栅通道的预加工。