本发明专利技术涉及一种整体叶轮电解加工薄片电极，属于电解加工领域。其特征在于：薄片电极为扭曲型面，其扭曲程度与叶片型面相似；薄片电极一面为加工面，另一面为非加工面，非加工面涂覆有绝缘层，其中绝缘层厚度沿阴极薄片轴向变化，靠近阴极片安装端的绝缘层较厚，靠近加工端的绝缘层较薄；薄片电极采用垂直方式安装与电极夹具上。其型面扭曲复杂，具有加工异型且狭窄的叶轮槽的优点；阴极非加工表面涂覆厚度优化的绝缘层，防止对非加工面的二次腐蚀，同时增强阴极片强度，实现阴极片在加工中稳定进给，保证加工区流场的均匀稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电解加工整体叶轮的薄片阴极，属于电解加工领域。
技术介绍
电解加工基于阳极溶解原理加工工件，在加工过程中，工件阳极接电源正极， 工具阴极接电源负极，极间通以低电压、高电流密度的直流或脉冲电流，同时高 速流动的电解液从两极间通过，阳极工件逐渐溶解，从而将工件加工成型。电解 加工具有工具无损耗，加工表面质量好，能加工复杂的型腔、型面、型孔，不受 材料的强度、硬度限制等优点，在航空航天、兵器、汽车、医疗器械等行业得到 了广泛应用。特别在航空发动机整体叶轮、叶片的制造过程中，随着叶轮和叶片 的材料向高强、高硬、高韧性方向发展以及钛合金、高温耐热合金的采用，电解 加工更是优选的加工方法之一。然而，电解加工在很多方面还需要进一步发展和 提高，如过程的监控、阴极设计、加工精度的提高和电解液处理等。整体叶轮是航空发动机的关键零部件之一，叶轮上的叶片叶身超薄，型面扭 曲复杂，且加工精度和表面质量要求高，对电解加工设备提出了很高的要求，国 内外一直致力于提高叶轮加工精度和表面质量的研究。在目前的叶轮加工方法中，国内一般采用五坐标数控铣床加工整体叶轮，数 控铣削具有加工柔性好，可以加工各种复杂形状叶轮叶片，生产准备周期短等优 点。但该加工方式刀具损耗严重，生产成本高，对难切削材料、小通道叶轮很难 加工，对薄壁叶片加工容易产生变形。在叶轮电解加工方面，国内常采用电解套 料方式加工等截面叶片整体叶轮，该加工方式夹具简单，加工效率高，但该方法 采用环形电极，无法加工叶身扭曲复杂的叶轮叶片，适用范围小。变截面扭曲叶 片整体叶轮一般采用数控展成电解加工，它是以电解"切削"方式加工型腔、型 面，利用简单的阴极数控展成运动加工复杂的零件，该方法采用双直线刃阴极， 靠侧向间隙加工型面，加工精度和叶片表面质量不高，对于型面特别扭曲复杂的 叶片也无法加工。国外如美国Ex-Cello-0公司采用六轴电解加工机床加工整体叶轮，其工具阴极采用块状电极，进给角度为斜向30°，进给方向固定，电解液 流动方式采用侧流式，即从叶身进气边(或排气边)流入，从排气边(或进气边) 流出。该机床能够加工型面扭曲复杂的叶轮叶片，但由于其采用块状电极，无法 加工叶间通道狭窄的叶轮，适用范围不广泛(ECM MACHINE WITH SKEWED WORKPART AND POCKETED CATHODES, United States Patent, Patent Number: 4657649)。美国GE公司加工叶轮叶片时，先将成型的叶盆和叶背阴 极固定在夹具上，两套阴极相对放置，形成叶片形状的电解加工区域，叶轮叶片 按照一定的空间轨迹进给至空腔中，加工时电解液采用侧流式。该加工方法适合 加工型面扭曲程度小和叶身长度较短的叶轮叶片，而且夹具制造精度高，对封水 结构要求严格，否则电解液容易泄漏，造成电解加工区缺水而引起短路。现有的 叶轮电解加工阴极和加工技术无法充分发挥电解加工的潜力，因此有必要研制新 的叶轮电解加工阴极以适应新的需要。
技术实现思路
本专利技术针对叶轮电解加工中阴极适用范围窄，通用性不强，及由于电极无法 伸入空间扭曲狭窄的叶轮通道中，故无法进行叶片型面加工等问题，提出了一种 新的薄片阴极，其型面扭曲复杂，能进入异型且狭窄的叶轮槽中进行叶片精密电 解加工的优点；阴极非加工表面涂覆厚度优化的绝缘层，防止对非加工面的二次 腐蚀，同时增强阴极片强度，实现阴极片在加工中稳定进给，保证加工区流场的 均匀稳定。一种整体叶轮电解加工薄片电极，其特征在于薄片电极为扭曲型面，其扭 曲程度与叶片型面相似；薄片电极一面为加工面，另一面为非加工面，非加工面 涂覆有绝缘层，其中绝缘层厚度沿阴极薄片轴向变化，靠近阴极片安装端的绝缘 层较厚，靠近加工端的绝缘层较薄；薄片电极采用垂直方式安装与电极夹具上。薄片成型电极，其型面扭曲程度与叶片型面相似，根据叶型的复杂程度而定； 电极壁厚很薄，有利于进入通道狭窄且异型的叶轮槽中，能加工大中小各个直径 系列的整体叶轮，适用范围广泛。涂覆绝缘层，为了防止对工件非加工区域的二 次加工。绝缘层厚度沿阴极薄片轴向不均匀，进行优化涂覆。靠近阴极片安装端 的绝缘层比较厚，提高阴极片在加工过程中的抗震性能，防止电解液冲击引起短 路现象；加工端背侧涂覆的绝缘层比较薄，没有明显增加阴极的厚度，保证阴极顺利进给至狭窄的叶轮槽中。薄片阴极与阴极夹具采用垂直安装方式，减小阴极 的悬臂长度，在加工过程中，减弱阴极由于受到电解液压力而发生变形，保证加 工顺利进行，提高叶轮电解加工精度。附图说明图1是叶轮电解加工系统示意图。 图2是阴极进给方向示意图。 图3是叶背阴极结构图。图中标号名称l一机床平台；2 —叶盆阴极夹具；3 —整体叶轮；4一分度转 台；5 —直流电源；6 —控制主机；7 —叶轮电解加工夹具；8 —叶背阴极夹具；9 一三维综合电动平移台；IO —压力表；ll一流量计；12 —调节阀；13—温控仪； 14一冷却塔；15 —热电偶；16—电解液槽及电解液；17 —加热器；18 —过滤器 19一截止阀；20 —多级离心水泵；21—球阀；22 —叶盆阴极片；23 —叶轮叶片；24 —叶背阴极片；25 —阴极绝缘层。具体实施例方式如图1所示，叶轮电解加工电解液循环系统由压力表10、流量计11、调节 阀12、电解液槽及电解液16、过滤器18、截止阀19、多级离心水泵20、球阀 21等部分组成，供给加工用的电解液及排出电解产物。机床主要包括机床平台1、 叶背阴极夹具2、整体叶轮3、分度转台4、直流电源5、叶轮电解加工夹具7、 三维综合电动平移台7、叶盆阴极夹具8等部分，它们是整个机床的核心部件。 温控仪13、冷却塔14、热电偶15、加热器17组成了电解液恒温控制系统，对 电解槽中的电解液进行加热和冷却。控制主机6构成了机床的控制部分，监控电 解加工过程，保证加工过程稳定进行。如图2、 3所示，叶盆阴极片22和叶背阴极片24分别安装在叶盆阴极夹具2 和叶背阴极夹具8上，两阴极能实现相向空间进给，实现对整体叶轮3上叶片 23的加工。阴极片非加工表面涂覆绝缘层25，防止对叶轮非加工面的二次腐蚀， 增强阴极片强度。本专利技术的具体实施步骤如下1、 参考图l，整体叶轮3通过阳极夹具固定在分度转台4的输出轴上，其上 具有许多独立且分布均匀的叶轮槽，将其沿圆周方向分隔成多个加工叶轮叶片 23，每个叶片毛坯具有叶盆型面和叶背型面，未加工到位，留有一定的加工余量.2、 参考图l、 2，在控制主机6发出指令后，两个三维综合电动平移台9带 动叶背阴极夹具8和叶盆阴极夹具2移动，进而使叶背阴极片24和叶盆阴极片 22沿空间轨迹进给至叶轮槽中。3、 参考图l、 2，电解加工中，控制主机6根据温控仪13的反馈信号，控制 加热器17和冷却塔14的工作状态，使电解液保持在最佳的电解加工温度下，保 证整体叶轮3上各个叶片加工的重复精度和成型精度。4、 参考图1、 2、 3，多级离心泵20将过滤后的电解液输送至叶轮电解加工 夹具7，电解液流入进水管，沿着叶盆阴极片22和叶背阴极片24的非加工表面， 绕过叶轮槽的叶根部位流向加工区，经过出液口流回电解槽。5、 参考图l，在整体叶轮3上施加正电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种整体叶轮电解加工薄片电极，其特征在于： 薄片电极为扭曲型面，其扭曲程度与叶片型面相似； 薄片电极一面为加工面，另一面为非加工面，非加工面涂覆有绝缘层，其中绝缘层厚度沿阴极薄片轴向变化，靠近阴极片安装端的绝缘层较厚，靠近加工端 的绝缘层较薄； 薄片电极采用垂直方式安装与电极夹具上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱荻，朱栋，徐正扬，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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