一种整体内腔螺旋进给电解加工夹具的制作方法

本发明公布了一种整体内腔螺旋进给电解加工夹具，属于整体叶盘电解加工领域，特别涉及一种航空发动机整体叶盘螺旋进给电解加工领域。

背景技术：

随着航空工业的快速发展，作为飞机心脏的航空发动机的研制越来越受到重视，而推重比是评价发动机性能的重要指标之一，为了减轻发动机的结构重量和零件数量，整体构件得到了越来越广泛的应用。整体叶盘作为航空发动机的核心零部件，省去了传统的锁片和榫槽连接方式，将叶片与轮盘结合成一体，将原先由数百个零件组成的叶盘减少到一个零件，使航空发动机的重量减轻、结构优化、可靠性增强。另一方面，整体叶盘叶片型面超薄扭曲，叶间通道狭窄以及叶盘材料高硬度等特点使整体叶盘的制造面临极大困难。

电解加工是基于金属阳极溶解机理去除材料的一种加工方法，具有工具无损耗、不受材料力学性能影响、无切削力以及加工效率高等优点，适用于难加工材料的加工制造。整体叶盘多采用高温钛合金、镍基高温合金和金属间化合物等难切削材料，故采用电解加工方法具有特殊的优势。

整体叶盘电解加工一般分为两道工序：叶栅通道预加工和叶片型面精加工。叶栅通道预加工是在叶盘毛坯上预加工出与叶片型面贴近的叶栅通道，为后续的精加工提供放置型面电极的空间以及预留均匀的加工余量。因此，提高叶栅通道的加工质量，满足复杂型面整体叶盘的制造要求，一直是开展电解加工技术研究的重点内容之一。作为整体叶盘电解加工的第一步，叶栅通道的预加工具有重要的意义，如果不能在该工序奠定优良的加工基础，就无法精加工出合格的叶盘叶片。

目前，整体叶盘叶栅通道电解加工工艺主要包括：套料电解加工、仿形电解加工、数控电解加工和径向进给电解加工。套料电加工只限于加工等截面叶片的整体叶盘，无法加工变截面扭曲叶片的整体叶盘。仿形电解加工适用于加工直纹扭曲型面，但是该技术加工一种叶盘对应一种特定的仿形夹具及靠模，通用性不强，生产周期准备较长，加工柔性等方面有待提高。数控电解加工是将电解加工技术与计算机数控技术结合起来的一种加工方法，但是其只限于加工直纹可展面的整体叶盘，且其工具电极采用中空薄壁结构，在高压电解液的冲刷下易产生变形。径向电解加工采用可直线移动的成型阴极，成型精度高，但只适用于加工开敞性较好的叶栅通道，难以加工型面复杂扭曲的叶栅通道。专利申请号为201410013249.6的中国发明专利公开了一种可直线与旋转复合进给的整体叶盘电解加工工具，其由夹具体、引流罩体、阴极体组成，从原理上解决了电解液流场紊乱，和随动密封的问题，使成型阴极径向旋转进给成为可能，但是且其圆柱形内腔由夹具体上盖和夹具体底座上的两个半圆柱面组成，其夹具体和叶盘以及阴极之间均为刚性贴合接触，在较高压力条件下，会产生电解液泄漏，造成内部电解液流场缺液，且其随动引流罩的内腔型面较为复杂，加工难度大，适用性不佳。因此迫切需要寻找一种能够满足可直线与旋转复合进给电解加工的夹具，使其能满足工具电极进给过程中随动密封及电解液流场紊乱的问题，同时该装置还应具有良好的通用性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种整体内腔螺旋进给电解加工夹具，该装置的电解液腔体为圆柱形内腔，电极杆从侧面装入并通过阴极杆密封装置进行密封，可以使得工具阴极在径向螺旋进给加工整体叶盘的叶栅通道时，夹具内部电解液流场始终保持稳定，同时还可以保证夹具体和叶盘以及夹具体和运动阴极间不会出现电解液的泄漏，从而同步加工出大扭曲整体叶轮叶栅通道的叶轮、叶背和轮毂，使预留的精加工余量分布均匀，且该装置相对于现有装置结构更紧凑，加工制造更简单。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

所述电解加工夹具由夹具体、引流块、工具阴极和阴极杆密封装置组成；

所述夹具体由密封上盖、底座、夹紧装置、导向块组成；密封上盖和夹具体通过夹紧装置夹紧；夹紧装置由安装在夹具体上的螺柱和用于夹紧的蝶形螺母组成；密封上盖上开有凹槽，夹具体上设有突起，二者形成类似于键与键槽的配合；夹具体和密封上盖与叶轮的接触面设有一圈环形凹槽，凹槽里面装有密封圈；两个引流块导向块通过螺钉安装在底座的圆柱形内腔内。

所述引流块由上引流块和下引流块组成；其上开有与工具阴极前端突起相配合的凹槽与工具阴极连接，外表面与夹具体内腔间隙配合；上引流块的下表面和下引流块的上表面分别和引流块导向块的上下表面间隙配合，引流块内表面为小间隙贴合工具阴极的外圆柱面，内端面为小间隙贴合工具阴极前端面转动轨迹的扫掠面；工具阴极转动时，其前段的突起可在引流块的凹槽内转动，工具阴极直线移动时其前端的突起通过引流块上的凹槽带着引流块直线运动。

所述工具阴极由电极头和阴极杆组成；所述电极头前端设有与引流块间隙配合的突起，侧面为与夹具底座圆柱内腔间隙运动配合的圆弧面，并且在其侧面非电解加工段为绝缘涂层；所述阴极杆后端设有用于确定电极头回转零点的定位基准面，前端通过定位台阶和螺钉与电极头定位夹紧。

所述阴极杆密封装置由套杯、调节螺母、密封填料组成；所述套杯前端是与夹具体内腔过盈配合的圆柱面，端面通过法兰和螺母与夹具体连接；所述调节螺母侧面由与套杯连接的螺纹，中间是一与阴极杆间隙配合的内圆柱面；所述密封填料形状为环形，装填在套杯和调节螺母间。

该螺旋进给电解加工夹具电解液的流动形式为随动侧流式；即所述电极头将夹具体的圆柱形内腔分成左右两个腔，电解液由夹具体上的进口进入左腔，流经电极头与叶片之间的间隙，再经由夹具体有右腔从夹具体上的出口流出。

利用所述螺旋进给电解加工夹具电解加工整体叶盘的方法如下，

步骤一，将上引流块和下引流块上的凹槽与电极头配合好，从夹具体底座的后部向前穿入，使得上引流块的下表面和下引流块的上表面分别与导向块和导向块二的上下表面接触，将套杯沿阴极杆的尾部穿入底座的内腔并用螺钉固定，再装填适当的密封填料，最后将调节螺母沿阴极杆的尾部穿入，通过螺纹与套杯连接，并调整调节螺母到适当的位置；

步骤二，将电极杆的尾端与电解装置的运动轴正确连接，保证同轴，再将夹具底座与机床固定；

步骤三，将待加工叶盘毛坯正确放置在底座前端的由上引流块和下引流块组成的与所述叶盘毛坯等厚度的槽口内，再将密封上盖与底座配合，拧紧蝶形螺母，将叶盘毛坯夹紧；

步骤四，通电解液，电解液从底座的入口进入左侧腔体，再流经电极头端面与叶片侧面的间隙，最后从右侧腔体上的出口流出；

步骤五，接通电解加工电源，启动数控电解加工装置，电极头带动上引流块和下引流块直线进给的同时自身还做旋转运动，从而实现螺旋进给运动；

步骤六，单个叶栅通道加工完成，断开电解加工电源，电极头退回初始位置，对叶盘毛坯进行分度，准备开始下一个叶栅通道的加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、给出了一种密封效果更好的基于稳定流场的旋转与直线复合进给电解加工夹具。与现有技术相比，所述装置在夹具底座和上密封盖与叶轮侧面的接触面上开有密封槽，槽内装有环形橡胶密封圈，代替了现有的纯刚性接触；同时在阴极杆与夹具底座之间装有阴极杆密封装置，该密封装置可通过调节螺母调节密封填料至合适的松紧程度，以防填料过松引起的电解液泄漏或填料过紧导致阴极杆运动出现爬行或卡死。

2、该装置夹具体底座的内腔采用的是整体式结构，其相较于现有的剖分式结构夹具，其底座内腔没有侧面的装配面，这使得底座和阴极之间易于实现更高的装配精度，所以其减小了剖分式结构装配时带来的装配间隙，具有更好的密封性和运动精度，同时这种整体式底座拥有更高的结构强度和更好的可加工性，有利于大规模使用和推广。

3、该装置的引流块为独立敞开式，而现有技术的上引流罩和下引流罩为粘结在一起的整体式结构，并通过螺钉与阴极装配。与之相比，本装置的引流块装配时只需将引流块上的凹槽和电极头凸起相配合就可以实现二者之间的装配，这不仅减少了零件个数，还缩短了装配时间。

附图说明

图1为本发明的整体三维结构图；

图2为本发明的运动结构剖切图；

图3为本发明的电极头和引流块配合图；

图4为本发明的电极头三维结构图；

图5为本发明的引流块三维结构图；

图6为本发明的上密封盖三维结构图；

图7为本发明的底座三维结构图。

图中标号：1.定位底座；2.底座；3.两通接头；4.电极头；5.密封填料；6.调节螺母；7.阴极杆；8.套杯；9.上密封盖；10.蝶形螺母；11.螺柱；12.上引流块；13.导向块；14.叶盘毛坯；15.引流块内侧面；16.引流块凹槽；17.引流块内端面；18.电极头端面；19.电极头侧面；20.电极头凹槽；21.电极头凸起；22.定位基准面；23.导向块二；24.下引流块；25.环形密封槽；26.内腔；27.出液口；28.前断面；29.底座凸起；30.进液口；31.上密封盖凹槽；32.下断面；33.密封槽。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

如图所示，该装置包括定位底座1、叶盘毛坯14、底座2、上密封盖9、上引流块12、下引流块24、导向块13、导向块二23、电极头4、阴极杆7、套杯8、密封填料5、调节螺母6及两通接头3。

本发明的电解加工电极头4的制备。如图所示，电极头4采用导电且耐腐蚀的材料制作而成，如各种合金不锈钢等。可根据叶栅通道截面形状的不同，决定电极头的侧面是否做绝缘处理；电极头端面18及其尾座端面均为与底座圆柱形内腔间隙配合的圆弧；电极头凸起21与引流块凹槽16间隙配合；电极头侧面19形状随叶片侧面形状而变化，使得电极头4按给定的路线进给时电解加工叶栅通道的余量最小，且电极头侧面19不能和已加工过的叶片侧面发生干涉；电极头端面的形状和待加工叶盘轮毂的形状一致。

本发明上引流块12和下引流块24的制备。上引流块12和下引流块24均用环氧树脂、聚四氟乙烯、陶瓷等绝缘材料制成，与电极头凸起21配合，并通过导向块13和导向块二23保持其直线运动；其外侧面为与底座内腔26间隙配合的圆柱面，引流块内侧面15为与电极头凹槽20配合的圆弧面，引流块内端面17与电极头端面运动扫掠形成的曲面一致；引流块凹槽的位置和长度依据电极头4的初始位置和转动的角度而定，保证电极头4螺旋进给的同时上引流块12和下引流块24随其同步直线进给，二者间运动不出现干涉。

本发明底座2及上密封盖9采用环氧树脂、聚四氟乙烯、陶瓷等绝缘材料制成，所述底座2采用整体式结构，其内腔26与电极头后座侧面间隙配合，其前断面28为与叶盘外径相同的圆弧面，且在其上开有环形密封槽25；上密封盖9设有与底座凸起29相配和的凹槽31，用于定位密封，在其下底面上也设有密封槽33。

本发明导向块13和导向块二23的制备，其采用环氧树脂、聚四氟乙烯、陶瓷等绝缘材料制成，其上下端面与叶片的上下端面齐平，上引流块12和下引流块24沿导向块13、导向块二23及叶片端面形成的平面直线运动，其用紧钉螺钉34或者胶粘的方式固定在内腔26上。

本发明的阴极杆密封装置采用可调式螺母设计，可通过调节螺母6调节密封填料5的紧实，其均采用环氧树脂、聚四氟乙烯、陶瓷等绝缘材料制成。

本发明的电解液流场是由内腔26、电极头4、叶盘毛坯14、上密封盖9、导向块13及导向块二23组成的随动封闭腔体，其前端间隙的空间位置是不断推进的，但是其流场的形状是稳定不变的。

采用本发明夹具电解加工整体叶盘的过程如下：

步骤一，将上引流12块和下引流块24上的凹槽与电极头配合好，从夹具体底座2的后部向前穿入，使得上引流块12的下表面和下引流块24的上表面分别与导向块13和导向块二23的上下表面接触，将套杯8沿阴极杆7的尾部穿入底座2的内腔26并用螺钉固定，再装填适当的密封填料5，最后将调节螺母6沿阴极杆7的尾部穿入，通过螺纹与套杯8连接，并调整调节螺母6到适当的位置；

步骤二，将电极杆7的尾端与电解装置的运动轴正确连接，保证同轴，再将夹具定位底座1与机床固定；

步骤三，将待加工叶盘毛坯14正确放置在底座前端的由上引流12块和下引流块24组成的与所述叶盘毛坯14等厚度的槽口内，再将密封上盖9与底座2配合，拧紧蝶形螺母10，将叶盘毛坯14夹紧；

步骤四，通电解液，电解液从底座的进液口30进入左侧腔体，再流经电极头端面与叶片叶盘毛坯14侧面的间隙，最后从右侧腔体上的进液口27流出；

步骤五，接通电解加工电源，启动数控电解加工装置，电极头4带动上引流12块和下引流块24直线进给的同时自身做旋转运动，从而实现螺旋进给运动；

步骤六，单个叶栅通道加工完成，断开电解加工电源，电极头4退回初始位置，叶盘毛坯14进行分度，准备开始下一个叶栅通道的加工。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受所述实施例的限制，所述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。