CN109909570B - 叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具及其方法，属于电解加工领域。本发明装置分为左右两个部分，左、右夹具体中间是阴极与绝缘块，两侧夹具体与阴极外轮廓之间形成可控的出液间隙，电解液的流动方式为出液转角式，电解液从叶片上端流入并从出液间隙流出，通过绝缘套、阴极与夹具之间的间隙形成封闭流场。绝缘块与阴极的非加工面贴合，实现了叶片的前缘、叶盆和叶背的三面加工。前、尾缘支撑块的同心圆弧面用于卡住环形工件。加工过程中，已加工叶片保护套始终套在已加工的相邻叶片上，有效避免已加工叶片的杂散腐蚀。本发明解决了扩压器套料电解加工时夹具压力过大、电解液易泄露的难题，有利于提高流场稳定性，改善加工质量。

Description

叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具及其方法

技术领域

本发明公布了一种叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具及其方法，属于电解加工领域，特别涉及一种航空发动机扩压器套料电解加工领域。

背景技术

电解加工技术是基于电化学阳极溶解的原理蚀除工件金属材料来达到加工目的的方法，具有加工范围广、表面质量好、加工效率高、阴极无损耗、工件无残余应力等诸多优点，在难切削材料、叶片型面复杂的零部件制造中体现了巨大的优势，在航空、航天等领域广泛应用。

电解加工电解液流动方式主要包括正向流动、反向流动和侧向流动。在电解加工领域中，套料电解加工适合加工等截面叶片的零部件，故在扩压器的电解加工中具有其独特的优势，其加工效率高，夹具设计简单。尽管套料电解加工存在诸多优势，但由于该技术和工艺发展还不够完善，还存在着诸多需要改进和提高的地方。例如，流场稳定性问题便是套料电解加工中存在的一个尚未完全解决、并且对加工质量有着较大影响的问题。

在专利“一种整体内腔螺旋进给电解加工夹具”（申请号 201710135172.3 申请人安徽理工大学，发明人 孙伦业 张星光 周庆宏 王龙 张正 黄绍服）中，提出了一种电解液侧流式的电解加工夹具，通过夹具与工件间的间隙及相应的密封装置，使得加工时夹具内部电解液流场始终保持稳定，但是，此发明的加工方法并未控制已加工型面与电解液的分离，加工过程中已加工型面依然存在杂散腐蚀现象。

在文章“整体构件周向叶片电解加工流场设计及试验”（作者 彭苏皓 徐正扬 谷洲之 朱栋 刘嘉，南京航空航天大学学报，2014年第5期）中，采用带有内置绝缘腔的电极套料电解加工扩压器轴向叶片，电解液从绝缘腔的叶盆叶背两侧进入加工间隙，电解液的流动方式为正冲式。该方法有效的减少了杂散腐蚀。但是由于仍然有电解液从绝缘腔与已加工区域之间的间隙进入已加工表面，因此已加工区域仍然会受到杂散腐蚀的影响。

在专利“叶片尾缘不溶解的套料电解加工装置及其加工方法”（申请号201710880612.8 申请人 南京航空航天大学，发明人 朱栋 许绝舞 徐正扬 朱荻）中，提出一种密封式套料电解加工夹具，此发明的加工方法可以实现三面加工刃电解加工，且可以减少加工时的电解液泄露，但由于夹具是封闭式结构，加工时夹具与工件所受的压力逐渐增大，一定程度上会对工件的进给产生影响，严重时甚至会使工件出现爬行现象。

现有的密封式套料电解加工夹具虽然能实现加工叶片的尾缘与轮毂外圆共圆柱面的扩压器零件，但其装置复杂，安装困难，实际加工时常容易出现短路现象，流场均匀性差，不利于提高加工稳定性和加工精度；并且对已加工区域的保护并不能有效的减少加工区域所受到的杂散腐蚀。因此，急需寻找一种结构简单、安装便捷同时能够保证加工区电解液流场稳定的套料电解加工夹具，来实现高效电解加工叶片尾缘不溶解的扩压器零件。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具及其方法，以实现有效加工叶片尾缘与轮毂外圆共圆柱面的扩压器零件。

一种叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具，其特征在于：

所述电解加工夹具包括安装盘、前缘绝缘块、尾缘绝缘块和左右两块夹具体，左、右两块夹具体的结构相似，均由支撑钢板、盖板、前缘支撑块、尾缘支撑块组成；其中盖板固定于支撑钢板表面；前缘支撑块与尾缘支撑块固定于盖板表面；所述前缘支撑块和尾缘支撑块相对应的面是两个同心圆弧面，用于相互配合卡住环形工件；其中支撑钢板、盖板、前缘支撑块与尾缘支撑块上均设有扇段通道，扇段通道的轮廓与前、尾缘支撑块的同心圆弧面为同心圆弧；夹具体利用螺钉通过上述扇段通道安装于安装盘上；左夹具体的盖板的右侧，右夹具体的盖板的左侧，均设有两个象形凹槽，凹槽轮廓与已加工叶片保护套的外轮廓相同；前缘绝缘块与尾缘绝缘块安装于安装盘上， 位于左、右夹具体中间。

所述的叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具的套料加工方法，其特征在于：工件的环形基体部分卡在左、右两块夹具体的前缘支撑块与尾缘支撑块之间形成的两个同心圆弧面内；待加工部分位于左、右两块夹具体中间；阴极安装在阴极底座上，工件的待加工部分与阴极正对；左、右两块夹具体分别固定在阴极左右两侧；阴极的两侧分别与左、右两块夹具之间设有用于出液的缝隙；左、右夹具体上的两个已加工叶片保护套套接在相邻的已加工叶片上，并通过间隙配合安装在盖板的象形凹槽中；尾缘绝缘块的延伸部分设于工件的外圆面与阴极尾缘处的非加工刃之间的间隙内，从而保护扩压器叶片尾缘部分，无法形成电场从而避免产生腐蚀；套料电解加工过程中电解液流动方式为正冲式，由进液口进液，通过进液口流进绝缘套与阴极底座之间的缝隙，并通过绝缘套与阴极内壁之间的间隙由叶尖往叶根方向流经加工区，通过阴极外壁与左、右两块夹具之间的间隙出液。

所述的叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具，其特征在于：前缘绝缘块与尾缘绝缘块均有一个导流斜面；导流斜面位于前缘绝缘块或尾缘绝缘块与阴极贴合面的内侧，防止电解液流动方向90度突变时，流速过大导致出现空穴现象，保证叶片尾缘加工区的充分供液。

本发明的优点在于：

1.提出了一种结构简单、安装便捷的基于正冲式流场套料电解加工夹具。所述装置为分块式夹具，代替了现有的整体式夹具，极大减少了夹具的材料和加工成本；同时在夹具的上下侧都设有扇形通道，用于夹紧夹具和工件的同时进一步简化夹具的结构；左右两块夹具独立安装，通过调节安装在扇形通道内的螺钉来调节夹具与工件间的松紧程度以及出液间隙大小，安装方便快捷，减少连续加工时拆装夹具的时间，提高加工效率；

2.该夹具采用的是分块式结构，相较于现有的封闭式夹具，在保持加工区流场稳定的基础上，其余的电解液可快速回到循环系统中，避免在封闭的夹具内腔里聚集，且加工时电解液压力逐渐增大，分块式夹具有利于减小夹具与工件所受压力，减小夹具变形，避免出现爬行现象；

3.提高了加工区电解液流动的均匀性。前、尾缘绝缘块均设有一个斜面，加工时该斜面可引导电解液流动，避免在绝缘块根部因为电解液流动方向的剧变而导致无法精准供液，防止出现缺液现象。同时，该装置可通过调整两个夹具体内壁与阴极外轮廓之间的出液间隙大小，控制电解液流动的可达性，保证在叶片尾缘处有充足的电解液。该种出液转角式流场，可有效控制电解液流速，提高流场均匀性。

附图说明

图1为夹具装配图；

图2为夹具结构图；

图3为电解液流动方式示意图；

图4为夹具与工件连接的结构示意图；

图5为夹具内部剖视图；

图6为叶片尾缘不溶解的套料电解加工方式；

其中：1-安装板，2-进液口，3-阴极底座，4-绝缘套，5-阴极，6-工件，7-前缘绝缘块，8-尾缘绝缘块，9-支撑钢板，10-盖板，11-前缘支撑块，12-尾缘支撑块，13-已加工叶片保护套，14-加工工装,15-工件外圆面，16-阴极尾缘非加工刃。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施本发明——“一种特殊结构扩压器的套料电解加工夹具”，其装置主要包括前缘绝缘块、尾缘绝缘块、支撑钢板、盖板、前缘支撑块、尾缘支撑块、已加工叶片保护套。

支撑钢板由不锈钢材料制成；前缘绝缘块、尾缘绝缘块、盖板、前缘支撑块、尾缘支撑块、已加工叶片保护套均由环氧树脂制成；支撑钢板、盖板、前缘支撑块、尾缘支撑块、已加工叶片保护套的外轮廓可根据所加工的零件形状进行设计，夹具上下侧的扇形通道的宽度可根据加工条件调整。

采用本发明夹具电解加工工件的过程主要包括以下步骤：

步骤一：将阴极体组合（阴极、绝缘套、前缘绝缘块、尾缘绝缘块）安装到阴极底座上，并将阴极与电源负极相连接；

步骤二：安装工件，并接到电源正极；

步骤三：对刀，确定初始加工位置，计算初始加工间隙；

步骤四：安装夹具，将电解液进出口与电解液循环系统相连；

步骤五：启动加热系统，待电解液温度加热到30℃，启动恒温系统；

步骤六：启动电解液循环系统，从进液口通入电解液。

步骤七：启动直流电源，阴极和阳极通电。

步骤八：启动数控机床运行程序，阳极工件沿着工件轴线方向进给，在阴极的电解腐蚀作用下，阳极工件材料逐渐去除，整个加工过程中，阴极加工刃加工叶片的前缘、叶盆、叶背三面，绝缘块的两个侧面分别与阳极工件的外圆面和阴极的非加工刃贴合，保护了工件外圆面不被电解腐蚀。随着电解加工的进行，逐渐套出所需要叶片的形状。

步骤九：单个叶片加工完成，断电，关闭电解液循环系统，工件退回初始位置，拆下夹具，工件毛坯进行分度，准备开始下一个叶片的加工。

Claims (3)

1.一种叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具，其特征在于：

所述电解加工夹具包括安装盘（14）、前缘绝缘块（7）、尾缘绝缘块（8）和左右两块夹具体；

所述左、右两块夹具体的结构相似，均由支撑钢板（9）、盖板（10）、前缘支撑块（11）、尾缘支撑块（12）组成；其中盖板（10）固定于支撑钢板（9）表面；前缘支撑块（11）与尾缘支撑块（12）固定于盖板（10）表面；所述前缘支撑块（11）和尾缘支撑块（12）相对应的面是两个同心圆弧面，用于相互配合卡住环形工件；其中支撑钢板（9）、盖板（10）、前缘支撑块（11）与尾缘支撑块（12）上均设有扇段通道，扇段通道的轮廓与前、尾缘支撑块的同心圆弧面为同心圆弧；夹具体利用螺钉通过上述扇段通道安装于安装盘（14）上；

上述左夹具体的盖板（10）的右侧，右夹具体的盖板（10）的左侧，均设有两个象形凹槽，凹槽轮廓与已加工叶片保护套（13）的外轮廓相同；

所述前缘绝缘块（7）与尾缘绝缘块（8）安装于安装盘（14）上， 位于左、右夹具体中间。

2.根据权利要求1所述的叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具，其特征在于：

所述前缘绝缘块（7）与尾缘绝缘块（8）均有一个导流斜面；导流斜面位于前缘绝缘块（7）或尾缘绝缘块（8）与阴极（5）贴合面的内侧。

3.利用权利要求1所述的叶片尾缘不溶解扩压器的套料电解加工夹具的套料加工方法，其特征在于包括以下过程：

工件（6）的环形基体部分卡在左、右两块夹具体的前缘支撑块（11）与尾缘支撑块（12）之间形成的两个同心圆弧面内；待加工部分位于左、右两块夹具体中间；

阴极（5）安装在阴极底座上（3），工件（6）的待加工部分与阴极（5）正对；左、右两块夹具体分别固定在阴极左右两侧；阴极的两侧分别与左、右两块夹具之间设有用于出液的缝隙；

左、右夹具体上的两个已加工叶片保护套（13）套接在相邻的已加工叶片上，并通过间隙配合安装在盖板（10）的象形凹槽中；

所述尾缘绝缘块（8）的延伸部分设于工件的外圆面（15）与阴极尾缘处的非加工刃（16）之间的间隙内；

套料电解加工过程中电解液流动方式为由进液口（2）进液，通过进液口流进绝缘套（4）与阴极底座（3）之间的缝隙，并通过绝缘套（4）与阴极内壁之间的间隙由叶尖往叶根方向流经加工区，通过阴极外壁与左、右两块夹具之间的间隙出液。

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