大展弦比直纹叶片套形电解加工装置的制作方法

1.本发明涉及电解技术领域，尤其是涉及一种大展弦比直纹叶片套形电解加工装置。


背景技术：

2.电解加工是基于电化学阳极溶解作用原理实现材料去除的加工方法，属于特种加工技术。加工过程中，仿形工具阴极在数控系统控制下向工件阳极进给，工件阳极材料逐渐溶解，实现工件加工成型。该方法具有无切削应力、工具阴极不损耗、材料去除率高的特点，在航空航天、兵器、汽车等行业中得到了广泛的应用，尤其是在航空发动机叶片的批量制造方面具有显著优势。
3.套形电解加工一次进给即可实现叶片叶盆、叶背、进气边、排气边的全轮廓成型，加工效率高，成型一致性好，已被广泛应用于整体叶轮、扩压器、整体叶盘等叶片类零件的生产制造环节。但是相关技术中的套形电解加工装置稳定性和可靠性不足，尤其在加工大展弦比直纹叶片时易发生颤振，无法保证成型叶片的刚性。因此需要一种加工稳定性强的套形电解加工装置，能够实现对大展弦比直纹叶片的精密、高质量电解加工。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种大展弦比直纹叶片套形电解加工装置。
5.本发明实施例大展弦比直纹叶片套形电解加工装置，包括：工件夹具，所述工件夹具用于夹持工件；阴极组件，所述阴极组件与所述工件夹具在第一方向上可相对移动地设置，所述阴极组件包括阴极片，所述阴极片上设有第一仿形孔，所述阴极组件限定出与所述第一仿形孔连通的供液通道，以及用于承托已成型叶片的第一仿形开口，所述第一仿形开口与所述第一仿形孔在所述第一方向上相对；定位块，所述定位块固定在所述阴极组件的朝向所述工件夹具的一侧，所述定位块上开设有与所述第一仿形孔相对的定位孔；供液组件，所述供液组件用于向所述供液通道提供电解液。
6.本发明实施例提供的套形电解加工装置通过在阴极组件上设置定位块，定位块上的定位孔能够对工件的加工部分进行固定，改善了相关技术中悬臂型工件加工方式普遍存在的颤振问题，提升了工件的加工刚性，增强了工件在电解加工过程中的稳定性。此外，阴极组件上第一仿形孔和第一仿形开口的设置能够对已成型叶片的部分进行承托，有助于提高已成型叶片的刚性和扰度，避免已成型叶片加工后的变形。
7.因此本发明实施例提供的套形电解加工装置具有加工稳定性强的特点，尤其适用于尺寸较大、厚度较薄的大展弦比直纹叶片的电解加工，实现叶片的精密、高质量电解加工。
8.在一些实施例中，所述阴极组件包括阴极座、引液绝缘件和所述阴极片，所述阴极片与所述阴极座相连，所述引液绝缘件在所述第一方向上夹设于所述阴极片和所述阴极座
之间，所述引液绝缘件设有所述第一仿形开口。
9.在一些实施例中，所述引液绝缘件上开设有至少一个第一供液通孔，所述阴极座上开设有与所述第一供液通孔一一对应地连通的第二供液通孔，所述第二供液通孔与所述供液组件相连通。
10.在一些实施例中，电解加工装置还包括叶片保护段，所述叶片保护段位于所述第一仿形开口的远离所述第一仿形孔的一侧，所述叶片保护段设有第二仿形开口，所述第二仿形开口沿所述第一方向延伸并与所述第一仿形开口相接。
11.在一些实施例中，所述供液组件包括主供液座和副供液座，所述主供液座用于向所述供液通道提供电解液，所述副供液座用于向所述第一仿形开口提供电解液，所述已成型叶片与所述第一仿形开口的侧壁面之间具有供电解液流动的间隙，所述电解液均从所述第一仿形孔流出。
12.在一些实施例中，电解加工装置还包括引电座，所述引电座位于所述阴极组件的远离所述工件夹具的一侧并与其相抵接，所述引电座上开设有第三供液通孔，所述第三供液通孔的一端连通所述主供液座的导流槽，另一端连通所述供液通道，所述引电座用于连接电源负极。
13.在一些实施例中，所述主供液座位于所述阴极组件的远离所述工件夹具的一侧，所述副供液座位于所述主供液座的远离所述阴极组件的一侧，所述主供液座设有连通通道，所述连通通道的一端连通所述副供液座的导流槽，另一端连通所述第一仿形开口。
14.在一些实施例中，电解加工装置还包括叶片保护段，所述叶片保护段位于所述第一仿形开口的远离所述第一仿形孔的一侧，所述叶片保护段设有第二仿形开口，所述第二仿形开口沿所述第一方向延伸并与所述第一仿形开口相接，所述叶片保护段穿过所述主供液座的连通通道并伸入所述副供液座内，所述副供液座的导流槽与所述第二仿形开口连通。
15.在一些实施例中，所述副供液座包括供液支架和拓展供液段，所述叶片保护段包括首段和拓展段，所述供液支架与机床相连，所述拓展供液段与所述供液支架的靠近所述主供液座的一侧相连，所述拓展段与所述首段的远离所述阴极组件的一端相连，所述拓展段的至少一部分位于所述拓展供液段内。
16.在一些实施例中，所述已成型叶片与所述第一仿形开口的侧壁面之间的间隙的宽度为0.2mm-2mm。
附图说明
17.图1是本发明实施例提供的套形电解加工装置的结构示意图。
18.图2是本发明实施例提供的套形电解加工装置的爆炸图。
19.图3是本发明实施例提供的套形电解加工装置的剖视图。
20.图4是图3的局部放大图。
21.附图标记：
22.套形电解加工装置100、工件夹具1、第一固定夹11、第二固定夹12、工件2、已成型叶片21、阴极组件3、阴极片31、第一仿形孔311、阴极座32、第二供液通孔321、第三连通通道322、引液绝缘件33、第一仿形开口331、第一供液通孔332、供液通道34、间隙35、定位块4、定
位孔41、叶片保护段5、第二仿形开口50、首段51、拓展段52、主供液座61、主导流槽611、第一连通通道612、主供液接口613、副供液座62、副导流槽621、供液支架622、拓展供液管623、副供液接口624、引电座7、第三供液通孔71、第二连通通道72、机床8。
具体实施方式
23.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
24.下面根据图1-图4描述本发明实施例提供的大展弦比直纹叶片套形电解加工装置100。套形电解加工装置100包括工件夹具1、阴极组件3、定位块4和供液组件。工件夹具1用于夹持工件2。阴极组件3与工件夹具1在第一方向上可相对移动地设置，阴极组件3包括阴极片31，阴极片31上设有第一仿形孔311，阴极组件3限定出与第一仿形孔311连通的供液通道34，以及用于承托已成型叶片21的第一仿形开口331，第一仿形开口331与第一仿形孔311在第一方向上相对。供液组件用于向供液通道34提供电解液。
25.定位块4固定在阴极组件3的朝向工件夹具1的一侧，定位块4上开设有与第一仿形孔311相对的定位孔41，工件2在进给过程中逐渐依次穿过定位孔41和第一仿形孔311进入第一仿形开口331内。在该过程中，定位孔41起到对工件2的加工部分进行固定的作用。
26.本发明实施例提供的套形电解加工装置通过在阴极组件上设置定位块，定位块上的定位孔能够对工件的加工部分进行固定，改善了相关技术中悬臂型工件加工方式普遍存在的颤振问题，提升了工件的加工刚性，增强了工件在电解加工过程中的稳定性。此外，阴极组件上第一仿形孔和第一仿形开口的设置能够对已成型叶片的部分进行承托，有助于提高已成型叶片的刚性和扰度，避免已成型叶片加工后的变形。
27.因此本发明实施例提供的套形电解加工装置具有加工稳定性强的特点，尤其适用于尺寸较大、厚度较薄的大展弦比直纹叶片的电解加工，实现叶片的精密、高质量电解加工。
28.下面根据图1-图4进一步描述本发明提供的具体实施例中的套形电解加工装置100的结构特征。
29.如图1所示，套形电解加工装置100包括在第一方向上相对的工件夹具1和阴极组件2，定位块4与阴极组件2的靠近工件夹具1的一侧相连。在本实施例中，工件夹具1固定安装，阴极组件2和定位块4在第一方向上靠近或远离工件夹具1。在对工件2进行加工时，阴极组件2沿第一方向逐渐靠近工件夹具1，使工件2穿过定位块4上的定位孔41并伸入第一仿形孔311中，阴极组件2继续进给，在电解液的腐蚀作用下，工件2作为阳极材料逐渐溶解成型为已成型叶片21，继续进给，已成型叶片21伸入第一仿形开口331内。
30.如图1所示，工件夹具1包括第一固定夹11和第二固定夹12，第一固定夹11和第二固定件12将工件2夹设固定，可以理解的是，工件2的长度方向沿第一方向延伸，在对工件2进行夹设时，未加工的毛坯料的端部在第一方向上与定位孔41相对，以准确地伸入定位孔41内进行电解加工。
31.具体地，如图1和图2所示，阴极组件3包括阴极座32、引液绝缘件33和阴极片31，阴极片31与阴极座32相连，引液绝缘件33在第一方向上夹设于阴极片31和阴极座32之间，引液绝缘件33设有第一仿形开口331。在图1所示的实施例中，阴极座32为框型结构，阴极片31
安装在阴极座32的前端，引液绝缘件33位于阴极座32的框型结构内，其前端与阴极片31的后端紧密贴合，后端与阴极座32的紧密贴合。
32.引液绝缘件33和阴极座32共同限定出了供液通道34。具体地，如图3和图4所示，引液绝缘件33上开设有至少一个第一供液通孔332，阴极座32上开设有与第一供液通孔332一一对应地连通的第二供液通孔321，第一供液通孔332与对应的第二供液通孔321相接并连通构造出阴极组件3的供液通道34。第二供液通孔321与供液组件相连通，供液组件向第二供液通孔321提供电解液，电解液沿着第二供液通孔321向前流动进入第一供液通孔332内，并从第一供液通孔332的前端流向阴极片31的第一仿形孔311，并从第一仿形孔311与工件2之间的缝隙流出进入加工区域参与电解反应，最后从加工区域的边缘流出。如图2和图3所示，本发明实施例中的阴极组件2限定出两条供液通道34，分别位于第一仿形开口331的两侧。当然在其他实施例中，供液通道34的数量可以为其他。
33.如图3所示，供液通道34和第一仿形开口331均沿第一方向延伸。
34.如图4所示，引液绝缘件33在靠近阴极片31的一侧设有凹槽，第一供液通孔332与第一仿形开口331均设在凹槽中。凹槽的作用使第一供液通孔332与第一仿形开口331的前端与阴极片31之间具有一定的间隔，以供电解液流动，如图4所示，从第一供液通孔332前端流出的电解液被阴极片31的后端面阻挡在凹槽内转向留香第一仿形孔331。
35.进一步地，套形电解加工装置100还包括叶片保护段5，叶片保护段5位于第一仿形开口331的远离第一仿形孔311的一侧，叶片保护段5设有第二仿形开口50，第二仿形开口50沿第一方向延伸并与第一仿形开口331相接并连通。如图3所示，叶片保护段5的前端穿过阴极座32与引液绝缘件33的后端相抵，以使第二仿形开口50与第一仿形开口331相接并连通。加工过程中，已成型叶片21依次穿过第一仿形开口331和第二仿形开口50并被承托，以保证已成型叶片21的前端位于仿形开口中被承托，因此叶片保护段5的设置有利于进一步推升叶片的刚性和扰度，避免已成型叶片2的变形。
36.进一步地，在本实施例中，供液组件不仅用于向供液通道34中提供电解液，还用于向第一仿形开口331提供电解液，供液通道34和第一仿形开口331中的电解液均从第一仿形孔311流出。
37.具体地，如图1-4所示，供液组件包括主供液座61和副供液座62，主供液座61用于向供液通道34提供电解液，电解液沿供液通道34向前流动(即向第一仿形孔311的方向流动)，并从第一仿形孔331流出。副供液座62用于向第一仿形开口331提供电解液，已成型叶片21与第一仿形开口331的侧壁面之间具有供电解液流动的间隙35，第一仿形开口331中的电解液沿着间隙35向前流动(即向第一仿形孔311的方向流动)，在该过程中，电解液能够对已成型叶片21的表面进行冲刷，防止前方加工区域处的电解液回流，与已成型叶片21产生二次接触，从而避免回流电解液中的絮状物沉积在已成型叶片21的表面，有助于提升已成型叶片21的表面质量，提高叶片加工良率。如图4所示，主路电解液(供液通道34中的电解液)和辅路电解液(间隙35中的电解液)在引液绝缘件33前方的凹槽内汇合后从第一仿形孔311流出，参与电解反应。主路电解液为高压电解液。
38.如图2所示，主供液座61的顶部具有主供液接口613，内部设有与主供液接口613连通的主导流槽611。副供液座62的顶部具有副供液接口624，内部设有与副供液接口624连通的副导流槽621。
39.如图1-图3所示，套形电解加工装置100还包括引电座7，引电座7位于阴极组件3的远离工件夹具1的一侧并与其相抵接。定位块4、阴极组件4、引电座7、主供液座61、副供液座62依次排例并相连。引电座7用于连接电源负极。由于引电座7位于主供液座61与阴极组件3之间，为了连通主供液座61与供液通道34，如图3所示，引电座7上开设有第三供液通孔71，第三供液通孔71的后端连通主供液座61的主导流槽611，前端连通供液通道34，第三供液通孔71与供液通道34一一对应地联通。
40.由于主供液座61位于副供液座62与阴极组件3之间，为了连通副供液座62与第一仿形开口331，如图2所示，主供液座61设有第一连通通道612，第一连通通道612的后端连通副供液座62的副导流槽621，引电座7设有与第一连通通道612相对且连通的第二连通通道72，阴极座32上设有与第二连通通道72相对且连通的第三连通通道332，第三连通通道332与引液绝缘件33的第一仿形开口331相对且连通。在第一方向上，副导流槽621、第一连通通道612、第二连通通道72、第三连通通道332、第一仿形开口331依次连通，因此副导流槽621中的电解液被引入第一仿形开口331中。
41.在没有在第一仿行开口331的后方设置叶片保护段5的一些实施例中，电解液从副导流槽621中依次向前穿过第一连通通道612、第二连通通道72、第三连通通道332进入第一仿形开口331中。
42.在图1-图4所示的设有叶片保护段5的实施例中，叶片保护段5的前端穿过阴极座32的第三连接通道332与引液绝缘件33的后端相抵，叶片保护段5的后端依次穿过引电座7上第二连接通道72和主供液座61上的第一连通通道612伸入副供液座62的副导流槽621内，以便副导流槽621与叶片保护段5上的第二仿形开口50相连通。并且叶片保护段5的外周面与第一连通通道612、第二连通通道72、第三连通通道332均紧密配合，以使其结构稳定。因此在图3所示的实施例中，副导流槽621中电解液进从叶片保护段5的后端进入第二仿形开口50中，并沿着第二仿形开口50向前流动，在该过程中依次穿过第一连通通道612、第二连通通道72和第三连通通道332，随后电解液进入第一仿形开口331中并继续向前流动。
43.可以理解的是，如图4所示，若工件2在加工的过程中形成的已成型叶片21的前端伸入了叶片保护段5中的第二仿形开口50中，已成型叶片21与第二仿形开口50的侧壁面之间具有间隙，电解液在间隙中的流动起到冲刷已成型叶片21的表面的作用，避免絮状物在已成型叶片21表面的沉降影响叶片质量。
44.优选地，已成型叶片21与第一仿形开口331的侧壁面之间的间隙的宽度为0.2mm-2mm。
45.优选地，已成型叶片21与第二仿形开口50的侧壁面之间的间隙的宽度为0.2mm-2mm。
46.仿形开口(第一仿行开口331和第二仿行开口50)与已成型叶片21之间间隙为辅路电解液的流动通道，过小的间隙宽度(例如小于0.2毫米)会导致辅路电解液流动阻力显著提升，流量减小，降低辅路电解液对已成型叶片21表面的冲刷作用，不利于减少电解絮状产物沉积在已成型叶片21。相对地，过大的间隙宽度(例如大于2毫米)会导致辅路电解液的流动阻力显著减小，流量大幅增加，此时辅路电解液流量将可能大于主电解液流量，流场形式发生变化，不利于电解加工过程的进行。
47.此外需要说明的是，引液绝缘件33和叶片保护段5均采用绝缘材料制成，工件1在
阴极片31的第一仿形孔311处成型后，已成型叶片21部分会依次进入、穿过引液绝缘件33的第一仿形开口331和叶片保护段5的第二仿形开口50，虽然第一仿形开口331和第二仿形开口50内流通有电解液，但由于绝缘材质对电场产生屏蔽作用，因此已成型叶片21部分不构成电化学反应条件，则不会产生杂散腐蚀，也就是说，辅路电解液的目的是对已成型叶片21部分进行冲刷，以实现保护叶片表面的效果，而不会产生杂散腐蚀影响表面质量。
48.进一步地，如图1所示，副供液座62包括供液支架622和拓展供液段623，叶片保护段5包括首段51和拓展段52，供液支架622与机床8相连，拓展供液段623与供液支架622的前端(靠近主供液座61的一侧)相连，拓展段52与首段51的后端(远离阴极组件3的一端)相连，拓展段52的至少一部分位于拓展供液段623内。拓展供液段623和拓展段52用于延长内部空间，对于不同长度的叶片，可以适应地增加或减少拓展供液段623和拓展段52的数量。
49.在本实施例中，供液支架622和拓展供液段623，以及首段51和拓展段52均采用子母接口设计。
50.采用本发明实施例提供的套形电解加工装置100对工件1进行电解加工的过程包括以下步骤：
51.步骤一：依次安装阴极组件3、引电座7、主供液座61、副供液座62，副供液座62与机床8连接，安装工件夹具1和工件2；
52.步骤二：调整阴极组件3至加工工位，记录位置参数；
53.步骤三：回退阴极组件3，安装定位块4，依据记录的位置参数调整阴极组件3至加工工位；
54.步骤四：将主电解液管与主供液座6的主供液接口612相连，将辅助电解液管与副供液座62的副供液接口624相连，连接电源阴极于引电座7、电源阳极于工件夹具1；
55.步骤五：启动电源与电解液循环系统；
56.步骤六：启动数控机床运行程序，机床8沿工件2长边方向进给，工件2穿过定位块4的定位孔41对加工侧进行支撑和固定，并且阴极片31与工件2之间形成端面间隙，电解反应开始，在阴极的电解腐蚀作用下，工件2阳极材料逐渐溶解去除，叶片逐渐成型；继续进给，已成型叶片21依次穿过阴极片31的第一仿形孔311、引液绝缘件33的第一仿形开口331、叶片保护段5的第二仿形开孔50，直至完成叶片的加工；
57.步骤七：加工结束后，断电，关闭电解液循环系统，拆下工件并清洗。
58.该电解加工方法采用主、辅助联合供液方式，主路高压电解液从主供液座6流入，通过引电座7、阴极座32和引液绝缘件33上的供液通孔，由阴极片31上的第一仿形开口311进入加工区域参与电解反应，最后由加工区域边缘流出；辅助电解液从副供液座62流入，进入叶片保护段5的第二仿形开口50、引液绝缘件33上的第一仿形开口331，由引液绝缘件33上的凹槽内汇入主路高压电解液，随主路高压电解液参与电解反应并流出。
59.本发明实施例提供的套形电解加工装置及电解加工方法能够提升大展弦比直纹叶片的加工刚性和成型表面质量，有利于改善电解加工时叶片的颤振问题，并解决电解絮状产物在已成型叶片表面沉积的问题，对实现大展弦比直纹叶片的精密、高质量电解加工成型有重要意义。
60.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
61.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
62.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
63.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
64.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
65.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。