基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置及方法，屬于電解加工【技術(shù)領(lǐng)域】。該裝置包括穩(wěn)流單元、葉盆陰極桿（2）、葉背陰極桿（5）、葉盆陰極（7）、葉背陰極（9）、密封裝置；由穩(wěn)流單元與密封裝置將葉盆陰極（7）、葉背陰極（9）、整體葉盤(pán)工件（1）密封，形成三維復(fù)合電解液流動(dòng)方式；葉盆陰極（7）、葉背陰極（9）采用交叉式接觸方式，并且對(duì)加工區(qū)陰極形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；密封裝置采用壓彈性塊(29)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)在進(jìn)給過(guò)程中整體葉盤(pán)工件（1）密封，同時(shí)在整體葉盤(pán)工件（1）非加工葉片間通道填充填充塊（28），保護(hù)非加工面。本發(fā)明的三維復(fù)合流場(chǎng)可有效提高加工區(qū)(24)流場(chǎng)的均勻性和穩(wěn)定性，為整體葉盤(pán)穩(wěn)定加工奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置及方法，屬于電解加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]整體葉盤(pán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與技術(shù)跨越的核心部件，它將葉片與輪轂制成一體，使發(fā)動(dòng)機(jī)重量減輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、可靠性增強(qiáng)。整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，葉片超薄、扭曲程度大，流道狹窄，且通常采用耐高溫、高硬度的難加工材料，加工精度要求苛刻，制造十分困難。
[0003]電解加工是基于電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理來(lái)去除金屬材料的加工方法，具有加工范圍廣、表面質(zhì)量好、加工效率高、陰極無(wú)損耗、工件無(wú)殘余應(yīng)力等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)上已廣泛采用電解方法加工整體葉盤(pán)。在電解加工中，電解液流場(chǎng)穩(wěn)定性是決定加工精度與表面質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，良好的電解液流場(chǎng)可以將電解加工產(chǎn)物、氣泡以及加工中產(chǎn)生的熱量迅速帶離加工區(qū)，同時(shí)，流場(chǎng)均勻性是電解加工能否穩(wěn)定進(jìn)行的關(guān)鍵因素。整體葉盤(pán)流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流場(chǎng)設(shè)計(jì)困難，現(xiàn)有的電解液流動(dòng)方式難以滿(mǎn)足需求，流場(chǎng)方式的選擇也提出了更高的要求。
[0004]在目前的整體葉盤(pán)電解加工方法中。國(guó)外如美國(guó)GE公司(Tandem bliskelectrochemical machining, United States Patent, Number:2006272957)電解加工整體葉盤(pán)時(shí)，將已成型的葉盆陰極和葉背陰極固定在夾具上，通過(guò)將兩陰極相對(duì)放置來(lái)形成葉片形狀的電解加工區(qū)域，整體葉盤(pán)葉片按照一定的空間軌跡進(jìn)給至空腔中，電解液流動(dòng)方式采用側(cè)流型，如圖6，電解液從葉片進(jìn)氣邊(或排氣邊)流入，從排氣邊(或進(jìn)氣邊)流出，該類(lèi)流場(chǎng)中電解液被毛坯被動(dòng)分成兩股液流，分別流入葉盆、葉背加工區(qū)，隨機(jī)分流的電解液容易導(dǎo)致兩個(gè)加工區(qū)流場(chǎng)不均，影響加工精度。同時(shí)，從圖7可以看出，由于流道在毛坯葉根與葉尖間隙較大，上述區(qū)域易于出現(xiàn)流場(chǎng)缺陷，影響加工穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)南京航空航天大學(xué)采用一種薄片成型電極加工整體葉盤(pán)葉型，并提出了一種W型流場(chǎng)(paper “investigation on the flow field of ff-shape electrolyte flow mode inelectrochemical machining，，, D.Zhu D.Zhu etc.J Appl Electrochem (2010) 40:525 -532)，如圖8，兩股電解液分別從毛坯葉根兩側(cè)流入，在葉尖處交匯流出，該類(lèi)流場(chǎng)可主動(dòng)控制葉盆、葉背加工區(qū)電解液速度和壓力，解決了側(cè)流型流場(chǎng)電解液撞擊毛坯產(chǎn)生分流不均的問(wèn)題，但由于流道中毛坯進(jìn)氣邊和排氣邊間隙較大，上述流場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致本應(yīng)流向加工區(qū)的電解液分流，從而可能引起加工區(qū)缺液，如圖9。沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司采用一種精微電解加工電極加工整體葉盤(pán)葉型(見(jiàn)專(zhuān)利“一種整體葉盤(pán)葉型精微電解加工電極及加工方法”，申請(qǐng)?zhí)?01210269950.5 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，發(fā)明人朱海南于冰等)，其采用開(kāi)放式的電解液流動(dòng)方式，主液從葉片葉尖流入，兩股輔液分別從葉片進(jìn)氣邊與排氣邊的葉根流入，左、右兩個(gè)電極的振動(dòng)進(jìn)給，該電解液流動(dòng)方式同樣會(huì)出現(xiàn)毛坯分流電解液造成分流不均，且該加工方法未將電解液密封在夾具體內(nèi)，電解液直接從高壓降至大氣壓，在電解液出口處易產(chǎn)生流場(chǎng)缺陷?，F(xiàn)有的電解液流場(chǎng)方式均存在一定的局限性，因此有必要進(jìn)一步設(shè)計(jì)更加適合整體葉盤(pán)電解加工的流場(chǎng)模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置，該三維復(fù)合流場(chǎng)有效提高了流道突變區(qū)域流體的壓力，改善了流場(chǎng)的可達(dá)性，該電解加工裝置保證了電解液流場(chǎng)的穩(wěn)定性，防止電解液外泄，隔離外部干擾，實(shí)現(xiàn)了整體葉盤(pán)型面的穩(wěn)定加工。
[0006]一種基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置，其特征在于:該電解加工裝置包括穩(wěn)流單元、葉盆陰極桿、葉背陰極桿、葉盆陰極、葉背陰極；上述該穩(wěn)流單元由至少兩部分拼合而成，穩(wěn)流單元中間具有加工腔，該穩(wěn)流單元設(shè)置有相向布置的葉盆陰極桿通道和葉背陰極桿通道，還設(shè)置有陽(yáng)極通道；上述葉盆陰極桿通道、葉背陰極桿通道、陽(yáng)極通道均分別使加工腔與外界相通；上述葉盆陰極桿的端部通過(guò)葉盆陰極桿通道伸入加工腔，葉背陰極桿的端部通過(guò)葉背陰極桿通道伸入加工腔；上述葉盆陰極和葉背陰極分別安裝于葉盆陰極桿的端部和葉背陰極桿的端部；上述葉盆陰極包括葉盆陰極固定段和葉盆陰極加工段；上述葉背陰極包括葉背陰極固定段和葉背陰極加工段；上述葉盆陰極固定段和葉盆陰極加工段的結(jié)合處設(shè)置有葉盆擋塊，上述葉背陰極固定段和葉背陰極加工段的結(jié)合處設(shè)置有葉背擋塊，葉盆擋塊和葉背擋塊相配合形成交叉組合擋板結(jié)構(gòu)；上述的穩(wěn)流單元上設(shè)置有與加工腔相通的進(jìn)氣邊進(jìn)液流道、葉盆進(jìn)液流道、葉背進(jìn)液流道、排氣邊出液流道；上述進(jìn)氣邊進(jìn)液流道與加工腔相交的口位于葉片毛坯進(jìn)氣邊上方，排氣邊出液流道與加工腔相交的口位于葉片毛坯排氣邊下方；葉盆進(jìn)液流道位于葉盆陰極固定段外側(cè)；葉背進(jìn)液流道位于葉背陰極固定段外側(cè)；該電解加工裝置還包括位于整體葉盤(pán)上下端面外側(cè)的一對(duì)端面密封壓板、以及位于葉盤(pán)圓周加工區(qū)左側(cè)面與右側(cè)面外側(cè)的一對(duì)側(cè)面密封壓板；端面密封壓板與毛坯之間，側(cè)面密封壓板與毛坯之間均設(shè)置有彈性塊；同時(shí)葉片毛坯兩側(cè)的葉間通道中設(shè)置有填充塊。
[0007]所述基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置進(jìn)行整體葉盤(pán)加工的方法，其特征在于包括以下過(guò)程:(a)、整體葉盤(pán)工件接電源正極，葉盆陰極桿(2)、葉背陰極桿
(5)接電源負(fù)極；(b)、由穩(wěn)流單元與密封裝置將葉盆陰極、葉背陰極、葉片毛坯密封；采用填充塊填充加工區(qū)兩側(cè)的葉間通道，通過(guò)對(duì)端面密封壓板與側(cè)面密封壓板施力夾緊，使得與整體葉盤(pán)工件接觸的彈性塊受力產(chǎn)生變形，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體葉盤(pán)工件的上端面、下端面與整體葉盤(pán)工件圓周左側(cè)面、右側(cè)面的壓緊密封；(C)、加工中葉盆陰極與葉背陰極相向進(jìn)給，并沿進(jìn)給方向往復(fù)振動(dòng)，整體葉盤(pán)工件沿垂直于陰極進(jìn)給方向上進(jìn)給，同時(shí)成型葉盆、葉背及葉根轉(zhuǎn)角型面；(d)、電解加工時(shí)采用三維復(fù)合電解液流動(dòng)方式，S卩:一股主電解液進(jìn)入進(jìn)氣邊進(jìn)液流道，從葉片毛坯的進(jìn)氣邊流入加工區(qū)，同時(shí)兩股輔助電解液分別進(jìn)入葉背進(jìn)液流道、葉盆進(jìn)液流道，從葉片毛坯的葉盆葉根、葉背葉根流入加工區(qū)，電解液最終從排氣邊出液流道流出；主電解液壓力高于輔助電解液壓力；(e)、加工中位于葉背陰極上的葉背擋塊和位于葉盆陰極上的葉盆擋塊相配合形成的交叉組合擋板結(jié)構(gòu)；位于葉片毛坯葉尖處，一方面防止葉尖區(qū)域電解液大量流出損失，同時(shí)保證了葉盆陰極、葉背陰極在相向運(yùn)動(dòng)方向上存在進(jìn)給量。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:
1.提出了一種新型三維復(fù)合電解液流動(dòng)方式，該流動(dòng)方式包括一個(gè)主流動(dòng)方式和兩個(gè)輔助流動(dòng)方式。高壓力的主流動(dòng)方式，電解液從葉片進(jìn)氣邊流向排氣邊，確保了葉片進(jìn)排氣邊的加工效果；采用兩股低壓力的輔助流動(dòng)方式，為主流動(dòng)方式在加工區(qū)的葉根區(qū)域提供背壓，提高加工區(qū)電解液壓力，提升加工區(qū)流場(chǎng)的可達(dá)性，為整體葉盤(pán)穩(wěn)定加工奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。輔助流動(dòng)電解液壓力與主流動(dòng)電解液壓力要保持一定配比關(guān)系，過(guò)高的輔助電解液壓力會(huì)改變主電解液流動(dòng)狀態(tài)，使輔助流動(dòng)流場(chǎng)反客為主，影響進(jìn)排氣邊加工質(zhì)量；過(guò)低的輔助電解液壓力難以提升加工區(qū)中電解液壓力，降低了復(fù)合流場(chǎng)效果，因此輔助流動(dòng)電解液壓力與主流動(dòng)電解液壓力比一般保持在0.6-0.8，既提升了加工區(qū)液體壓力，又保持主流動(dòng)電解液流態(tài)。
[0009]2、提出了一種組裝式穩(wěn)流單元，該單元將葉片毛坯、陰極密封于單元內(nèi)部，通過(guò)單元內(nèi)部流道實(shí)現(xiàn)三維復(fù)合電解液流場(chǎng)模式，可有效提升加工中電解液流場(chǎng)的穩(wěn)定性，減小外部干擾。同時(shí)以穩(wěn)流單元為基準(zhǔn)，可顯著提升工件陽(yáng)極與工具陰極的空間定位精度，有助于提升加工精度。
[0010]3.提出了一種交叉式陰極結(jié)構(gòu)，通過(guò)陰極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效改善整體葉盤(pán)加工的流道結(jié)構(gòu)，顯著減小了流道突變區(qū)域的面積，改善了葉尖區(qū)域流體的流動(dòng)狀態(tài)，提升流場(chǎng)穩(wěn)定性；同時(shí)陰極交叉塊采用絕緣材料制備，可顯著改善葉尖區(qū)域的電場(chǎng)分布，提升該區(qū)域的加工精度；并且對(duì)加工區(qū)陰極形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少流場(chǎng)引起的陰極變形量，提高加工精度。該電解液流動(dòng)方式將側(cè)流與W式流動(dòng)方式有機(jī)融合，既具備側(cè)流進(jìn)排氣邊流體充足的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具備W式流場(chǎng)加工區(qū)流態(tài)均衡的特點(diǎn)。但是該電解液流動(dòng)方式絕非上述兩種流場(chǎng)的簡(jiǎn)單復(fù)合。如圖11所示，本發(fā)明采用交叉式陰極結(jié)構(gòu)，在葉尖處形成一塊擋板，防止了電解液從葉尖處損失，改變了原有側(cè)流、W式流場(chǎng)的電解液流道結(jié)構(gòu)，從根本上改變了電解液流動(dòng)布局，封住了加工區(qū)中的電解液，使其無(wú)法從葉尖處流失；同時(shí)采用類(lèi)似W型流場(chǎng)供液方式的兩股輔助電解液，從陰極背面進(jìn)向葉盤(pán)輪轂處，使得毛坯葉根兩側(cè)加工區(qū)維持一定的流體壓力，封住了加工區(qū)中電解液，使其無(wú)法從葉根處流失。交叉陰極結(jié)構(gòu)與葉根背壓將流體牢牢封鎖在葉盆、葉背加工區(qū)中，使沿進(jìn)氣邊(或排氣邊)向排氣邊(或進(jìn)氣邊)流動(dòng)的液體流態(tài)更加均勻。
[0011]4.提出了一種新的密封裝置，便于操作，通過(guò)調(diào)節(jié)彈性膠塊的變形量可實(shí)現(xiàn)工件進(jìn)給時(shí)對(duì)電解液密封，有效提高電解加工裝置的封水性能，提高了流場(chǎng)的穩(wěn)定性，保證了電解加工的穩(wěn)定進(jìn)行；同時(shí)用鑄膠塊填充工件非加工葉片間通道，保護(hù)非加工表面，且有助于工件側(cè)面的封水。
[0012]上述基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置，其特征在于:上述的陽(yáng)極通道與葉盆陰極桿、葉背陰極桿呈最優(yōu)進(jìn)給角度e，最優(yōu)進(jìn)給角度0為最優(yōu)進(jìn)給方向與整體葉盤(pán)端面之間的夾角；利用有限元網(wǎng)格劃分法將葉片曲面分成有限個(gè)區(qū)域，最優(yōu)進(jìn)給方向與各區(qū)域法線方向求夾角，則形成不同夾角集合；采用優(yōu)化準(zhǔn)則可求得最優(yōu)進(jìn)給方向，同時(shí)獲得最優(yōu)進(jìn)給角度e ;上述優(yōu)化準(zhǔn)則為集合最大值最小準(zhǔn)則，或集合平均值最小準(zhǔn)則，或集合方差最小準(zhǔn)則，或集合均方差最小準(zhǔn)則。
[0013]上述基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置，其特征在于:(a)、穩(wěn)流單元、葉盆擋塊、葉背擋塊為絕緣材料；(b)、葉盆陰極桿、葉背陰極桿、葉盆陰極、葉背陰極、端面密封壓板、側(cè)面密封壓板為耐腐蝕的導(dǎo)電材料；(C)、填充塊、彈性塊為PDMS膠材料。
[0014]上述基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置，其特征在于:所述的絕緣材料為環(huán)氧樹(shù)脂、或聚四氟乙烯，所述的耐腐蝕的導(dǎo)電材料為不銹鋼。
[0015]上述的整體葉盤(pán)加工的方法，其特征在于:對(duì)端面密封壓板的施力夾緊是通過(guò)夾緊裝置實(shí)現(xiàn)的；對(duì)側(cè)面密封壓板的施力夾緊是通過(guò)頂壓裝置實(shí)現(xiàn)的。
[0016]上述的整體葉盤(pán)加工的方法，其特征在于:所述夾緊裝置為C型夾、或快速夾頭；所述頂壓裝置為快速壓緊器、或螺釘。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是整體葉盤(pán)型面電解加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是整體葉盤(pán)型面電解加工裝置裝配示意圖；
圖3是本發(fā)明穩(wěn)流單元加工腔流道示意圖；
圖4是本發(fā)明穩(wěn)流單元右前向示意圖；
圖5是本發(fā)明的工具陰極示意圖；
圖6是是側(cè)流型流場(chǎng)意圖；
圖7是側(cè)流型流場(chǎng)缺陷示意圖；
圖8是W型流場(chǎng)不意圖；
圖9是W型流場(chǎng)缺陷不意圖；
圖10是本發(fā)明的三維復(fù)合流場(chǎng)示意圖；
圖11是本發(fā)明三維復(fù)合流場(chǎng)的XOY平面視圖；
圖12是本發(fā)明的封水裝置示意圖；
圖中標(biāo)號(hào)名稱(chēng):1_整體葉盤(pán)工件；2_葉盆陰極桿；3_穩(wěn)流單元基座；4_穩(wěn)流單元密封蓋；5_葉背陰極桿；6_電解液過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)；7_葉盆陰極；8_加工腔；9_葉背陰極；10_葉盆陰極桿通道；11_葉盆進(jìn)液流道；12_葉背進(jìn)液流道；13_排氣邊出液流道；14_進(jìn)氣邊進(jìn)液流道；15_葉背陰極桿通道；16_陽(yáng)極通道；17_葉盆陰極固定段；18_葉盆陰極加工段；19-葉盆擋塊；20_葉背擋塊；21_葉背陰極加工段；22_葉背陰極固定端；23_流場(chǎng)缺陷區(qū)；24-加工區(qū)；25_端面密封壓板；26_側(cè)面密封壓板；27_葉片毛坯；28_填充塊；29_彈性塊。
[0018]具體實(shí)施方案:
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程做詳細(xì)介紹。
[0019]參考圖1、2，整體葉盤(pán)型面電解加工系統(tǒng)包括機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、電解液過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)
6、電源系統(tǒng)。其中，機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)葉盆陰極7、葉背陰極9在X方向上的振動(dòng)進(jìn)給和整體葉盤(pán)工件I在Z'方向上的進(jìn)給及其圍繞X'方向的旋轉(zhuǎn)分度。電解液過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)6的功能是將配置好的電解液以一定的壓力、流量供給穩(wěn)流單元的加工腔8，并保持電解液的溫度、濃度、PH值相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)在加工過(guò)程中不斷凈化電解液，提高加工的穩(wěn)定性。電源系統(tǒng)為整體葉盤(pán)型面電解加工提供電化學(xué)反應(yīng)所需要的電能，電解加工電源可以采用直流電源或者脈沖電源，加工時(shí)，整體葉盤(pán)工件I接電源正極，葉盆陰極桿2、葉背陰極桿5接電源負(fù)極。
[0020]參考圖1、2、12，該電解加工裝置包括:穩(wěn)流單元、葉盆陰極桿2、葉背陰極桿5、葉盆陰極7、葉背陰極9、密封裝置；其中穩(wěn)流單元由穩(wěn)流單元基座3和穩(wěn)流單元密封蓋4組成；密封裝置由端面密封壓板25和側(cè)面密封壓板26組成；由穩(wěn)流單元與密封裝置將葉盆陰極7、葉背陰極9、整體葉盤(pán)工件I密封，形成三維復(fù)合電解液流動(dòng)方式。[0021]參考圖2、4，葉盆陰極桿2的端部通過(guò)葉盆陰極桿通道10伸入加工腔8，葉背陰極桿5的端部通過(guò)葉背陰極桿通道15伸入加工腔8 ;葉盆陰極2和葉背陰極5分別安裝于葉盆陰極桿的端部和葉背陰極桿的端部；葉盆陰極2和葉背陰極5在葉盆陰極桿2和葉背陰極桿5的帶動(dòng)下沿軸向方向運(yùn)動(dòng)；整體葉盤(pán)工件I通過(guò)陽(yáng)極通道16使葉片毛坯27伸入加工腔，并沿垂直于陰極進(jìn)給方向上進(jìn)給，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)葉盆、葉背及葉根轉(zhuǎn)角的型面加工。同時(shí)，陽(yáng)極通道16與葉盆陰極桿2、葉背陰極桿5呈最優(yōu)進(jìn)給角度0進(jìn)給，最優(yōu)進(jìn)給角度e為最優(yōu)進(jìn)給方向與整體葉盤(pán)端面之間的夾角。
[0022]參考圖5，葉盆陰極2和葉背陰極5采用交叉式結(jié)構(gòu)，在葉片毛坯葉尖處形成擋板結(jié)構(gòu)，顯著減小了流道突變區(qū)域的面積，改善了葉尖區(qū)域流體的流動(dòng)狀態(tài)，提升流場(chǎng)穩(wěn)定性；同時(shí)葉盆擋塊19和葉背擋塊20采用絕緣材料制備，可顯著改善葉尖區(qū)域的電場(chǎng)分布，提升該區(qū)域的加工精度；并對(duì)加工區(qū)陰極形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少流場(chǎng)引起的陰極變形量，提高加工精度。
[0023]參考圖2、3、5，穩(wěn)流單元上設(shè)置有與加工腔相通的進(jìn)氣邊進(jìn)液流道14、葉盆進(jìn)液流道11、葉背進(jìn)液流道12、排氣邊出液流道13 ;其中進(jìn)氣邊進(jìn)液流道14與加工腔8相交的口位于葉片毛坯進(jìn)氣邊上方，排氣邊出液流道13與加工腔8相交的口位于葉片毛坯排氣邊下方；葉盆進(jìn)液流道11位于葉盆陰極固定段17外側(cè)；葉背進(jìn)液流道12位于葉背陰極固定段22外側(cè)。
[0024]參考圖1、3、10，電解加工時(shí)，一股主電解液進(jìn)入進(jìn)氣邊進(jìn)液流道14，從葉片毛坯27的進(jìn)氣邊流入加工區(qū)24，同時(shí)兩股輔助電解液分別進(jìn)入葉背進(jìn)液流道12、葉盆進(jìn)液流道11，從葉片毛坯27的葉盆葉根、葉背葉根流入加工區(qū)24，電解液最終從排氣邊出液流道
(13)流出，該流動(dòng)方式有效提高了流道突變區(qū)域流體的壓力，改善了流場(chǎng)的可達(dá)性。
[0025]參考圖12，整體葉盤(pán)上下端面設(shè)有一對(duì)端面密封壓板25，葉盤(pán)圓周加工區(qū)左側(cè)面與右側(cè)面有側(cè)面密封壓板26 ;端面密封壓板25與毛坯之間，側(cè)面密封壓板26與毛坯之間均設(shè)置有彈性塊29 ;同時(shí)加工區(qū)兩側(cè)的葉間通道中設(shè)置有填充塊29，采用填充塊28填充加工區(qū)兩側(cè)的葉間通道，通過(guò)對(duì)端面密封壓板25與側(cè)面密封壓板26施力夾緊，使得與整體葉盤(pán)工件I接觸的彈性塊29受力產(chǎn)生變形，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體葉盤(pán)工件I的上端面、下端面與整體葉盤(pán)工件圓周加工區(qū)左側(cè)面、右側(cè)面的壓緊密封。
[0026]采用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)某型整體葉盤(pán)型面電解加工包括以下幾個(gè)步驟:
步驟一、整體葉盤(pán)工件I安裝在可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給的機(jī)床工件夾具上、穩(wěn)流單元基座3安裝在可調(diào)節(jié)高度的固定底座上，葉盆陰極7、葉背陰極9分別通過(guò)葉盆陰極桿2、葉背陰極桿5固定到可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)進(jìn)給的主軸上，并使其運(yùn)動(dòng)至與穩(wěn)流單元基座4配合好的位置。
[0027]步驟二、整體葉盤(pán)工件I與葉盆陰極7、葉背陰極9運(yùn)動(dòng)至初始位置，將穩(wěn)流單元密封蓋4與穩(wěn)流單元基座3固定好，然后將密封裝置與穩(wěn)流單元裝配好壓緊，通過(guò)對(duì)刀設(shè)備對(duì)整體葉盤(pán)工件I與葉盆陰極7、葉背陰極9進(jìn)行對(duì)刀。
[0028]步驟三、采用三維復(fù)合電解液流動(dòng)方式，將配置好的電解液以一定的壓力、溫度、濃度、供給給加工區(qū)24。
[0029]步驟四、通上電源系統(tǒng)，整體葉盤(pán)工件I接電源正極，葉盆陰極桿2、葉背陰極桿5接電源負(fù)極，葉盆陰極7、葉背陰極9相向進(jìn)給，進(jìn)給過(guò)程中葉盆陰極7、葉背陰極9沿進(jìn)給方向往復(fù)振動(dòng)，整體葉盤(pán)工件I沿垂直于陰極進(jìn)給方向上進(jìn)給，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)正確的運(yùn)動(dòng)軌跡，完成整體葉盤(pán)葉片型面成型加工。
[0030]電解液壓力的選擇，要保證電解液能在加工中帶走電解產(chǎn)物和氣泡，因此要保證電解液在加工區(qū)中的流動(dòng)為紊流，所以進(jìn)出液口通常保持0.5Mpa以上的壓力差簡(jiǎn)單流道。復(fù)雜流道的，我們通常通過(guò)流場(chǎng)仿真測(cè)算電解液流速，通過(guò)雷諾數(shù)判斷該流速下的流態(tài)，最終確定電解液進(jìn)出口壓力差是否合適。本發(fā)明具體實(shí)施過(guò)程中，進(jìn)氣邊進(jìn)液口的電解液壓力為0.8-1.2MPa，葉盆進(jìn)液口、葉背進(jìn)液口的電解液壓力為0.4-0.8Mpa，主要取決于葉片的形狀、大小。電解加工電源可以采用直流電源，也可以采用脈沖電源，電壓控制在10V-25V，因材料不同而取不同的電壓，當(dāng)采用脈沖電源時(shí)，控制電源占空比10%-90%，頻率50-1000HZ。電流幾百到幾千安培不等，主要由加工面積、工具陰極進(jìn)給速度決定。
[0031]一個(gè)葉片加工結(jié)束，葉盆陰極7、葉背陰極9退回至初始加工位置，解除密封裝置上的壓緊力，整體葉盤(pán)工件I退出穩(wěn)流單元，分度旋轉(zhuǎn)至下一個(gè)葉片毛坯27，并將其送至穩(wěn)流單元內(nèi)，夾緊密封裝置，重新開(kāi)始加工。最終完成整體葉盤(pán)上所有葉片的成型加工。
【權(quán)利要求】
1.一種基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置，其特征在于: 該電解加工裝置包括穩(wěn)流單元、葉盆陰極桿(2)、葉背陰極桿(5)、葉盆陰極(7)、葉背陰極(9)； 上述該穩(wěn)流單元由至少兩部分拼合而成，穩(wěn)流單元中間具有加工腔(8)，該穩(wěn)流單元設(shè)置有相向布置的葉盆陰極桿通道(10)和葉背陰極桿通道(15)，還設(shè)置有陽(yáng)極通道(16);上述葉盆陰極桿通道(10)、葉背陰極桿通道(15)、陽(yáng)極通道(16)均分別使加工腔與外界相通； 上述葉盆陰極桿(2)的端部通過(guò)葉盆陰極桿通道(10)伸入加工腔(8)，葉背陰極桿(5)的端部通過(guò)葉背陰極桿通道(15)伸入加工腔(8);上述葉盆陰極(2)和葉背陰極(5)分別安裝于葉盆陰極桿的端部和葉背陰極桿的端部； 上述葉盆陰極(2)包括葉盆陰極固定段(17)和葉盆陰極加工段(18);上述葉背陰極(5)包括葉背陰極固定段(22)和葉背陰極加工段(21);上述葉盆陰極固定段(17)和葉盆陰極加工段(18)的結(jié)合處設(shè)置有葉盆擋塊(19)，上述葉背陰極固定段(22)和葉背陰極加工段(21)的結(jié)合處設(shè)置有葉背擋塊(20)，葉盆擋塊(19)和葉背擋塊(20)相配合形成交叉組合擋板結(jié)構(gòu)； 上述的穩(wěn)流單元上設(shè)置有與加工腔相通的進(jìn)氣邊進(jìn)液流道(14)、葉盆進(jìn)液流道(11 )、葉背進(jìn)液流道(12)、排氣邊出液流道(13);上述進(jìn)氣邊進(jìn)液流道(14)與加工腔(8)相交的口位于葉片毛坯進(jìn)氣邊上方，排氣邊出液流道(13)與加工腔(8)相交的口位于葉片毛坯排氣邊下方；葉盆進(jìn)液流道(11)位于葉盆陰極固定段(17)外側(cè)；葉背進(jìn)液流道(12)位于葉背陰極固定段(22)外側(cè)； 該電解加工裝置還包括位于整體葉盤(pán)上下端面外側(cè)的一對(duì)端面密封壓板(25)、以及位于葉盤(pán)圓周加工區(qū)左側(cè)面與右側(cè)面外側(cè)的一對(duì)側(cè)面密封壓板(26);端面密封壓板(25)與毛坯之間，側(cè)面密封壓板(26)與毛坯之間均設(shè)置有彈性塊(29);同時(shí)葉片毛坯(27)兩側(cè)的葉間通道中設(shè)置有填充塊(28 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置，其特征在于:上述的陽(yáng)極通道(16)與葉盆陰極桿(2)、葉背陰極桿(5)呈最優(yōu)進(jìn)給角度9，最優(yōu)進(jìn)給角度9為最優(yōu)進(jìn)給方向與整體葉盤(pán)端面之間的夾角；利用有限元網(wǎng)格劃分法將葉片曲面分成有限個(gè)區(qū)域，最優(yōu)進(jìn)給方向與各區(qū)域法線方向求夾角，則形成不同夾角集合；采用優(yōu)化準(zhǔn)則可求得最優(yōu)進(jìn)給方向，同時(shí)獲得最優(yōu)進(jìn)給角度e ； 上述優(yōu)化準(zhǔn)則為集合最大值最小準(zhǔn)則，或集合平均值最小準(zhǔn)則，或集合方差最小準(zhǔn)則，或集合均方差最小準(zhǔn)則。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置，其特征在于: (a)、穩(wěn)流單元、葉盆擋塊(19)、葉背擋塊(20)為絕緣材料； (b)、葉盆陰極桿(2)、葉背陰極桿(5)、葉盆陰極(7)、葉背陰極(9)、端面密封壓板(25)、側(cè)面密封壓板(26)為耐腐蝕的導(dǎo)電材料； (c )、填充塊(28 )、彈性塊(29 )為PDMS膠材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置，其特征在于:所述的絕緣材料為環(huán)氧樹(shù)脂、或聚四氟乙烯，所述的耐腐蝕的導(dǎo)電材料為不銹鋼。
5.利用權(quán)利要求1所述基于三維復(fù)合流場(chǎng)的整體葉盤(pán)型面電解加工裝置進(jìn)行整體葉盤(pán)加工的方法，其特征在于包括以下過(guò)程: (a)、整體葉盤(pán)工件(I)接電源正極，葉盆陰極桿(2)、葉背陰極桿(5)接電源負(fù)極； (b)、由穩(wěn)流單元與密封裝置將葉盆陰極(7)、葉背陰極(9)、葉片毛坯(27)密封；采用填充塊(28)填充加工區(qū)兩側(cè)的葉間通道，通過(guò)對(duì)端面密封壓板(25)與側(cè)面密封壓板(26)施力夾緊，使得與整體葉盤(pán)工件(I)接觸的彈性塊(29)受力產(chǎn)生變形，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體葉盤(pán)工件(I)的上端面、下端面與整體葉盤(pán)工件圓周左側(cè)面、右側(cè)面的壓緊密封； (C)、加工中葉盆陰極(2)與葉背陰極(5)相向進(jìn)給，并沿進(jìn)給方向往復(fù)振動(dòng)，整體葉盤(pán)工件(I)沿垂直于陰極進(jìn)給方向上進(jìn)給，同時(shí)成型葉盆、葉背及葉根轉(zhuǎn)角型面； (d)、電解加工時(shí)采用三維復(fù)合電解液流動(dòng)方式，即:一股主電解液進(jìn)入進(jìn)氣邊進(jìn)液流道(14)，從葉片毛坯(27)的進(jìn)氣邊流入加工區(qū)(24)，同時(shí)兩股輔助電解液分別進(jìn)入葉背進(jìn)液流道(12)、葉盆進(jìn)液流道(11 )，從葉片毛坯(27)的葉盆葉根、葉背葉根流入加工區(qū)(24)，電解液最終從排氣邊出液流道(13)流出；主電解液壓力高于輔助電解液壓力； (e)、加工中位于葉背陰極(9)上的葉背擋塊(20)和位于葉盆陰極(7)上的葉盆擋塊(19)相配合形成的交叉組合擋板結(jié)構(gòu)；位于葉片毛坯葉尖處，一方面防止葉尖區(qū)域電解液大量流出損失，同時(shí)保證了葉盆陰極(7)、葉背陰極(9)在相向運(yùn)動(dòng)方向上存在進(jìn)給量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的整體葉盤(pán)加工的方法，其特征在于:上述輔助電解液壓力是主電解液壓力的60%-80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的整體葉盤(pán)加工的方法，其特征在于:對(duì)端面密封壓板(25)的施力夾緊是通過(guò)夾緊裝置實(shí)現(xiàn)`的；對(duì)側(cè)面密封壓板(2)的施力夾緊是通過(guò)頂壓裝置實(shí)現(xiàn)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的整體葉盤(pán)加工的方法，其特征在于:所述夾緊裝置為C型夾、或快速夾頭；所述頂壓裝置為快速壓緊器、或螺釘。
【文檔編號(hào)】B23H3/00GK103521861SQ201310453440
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】劉嘉, 萬(wàn)龍凱, 徐正揚(yáng), 朱棟 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)