[发明专利]综合电加工

说明书

技术领域

本发明总体上涉及加工，更具体地，涉及电腐蚀加工。

背景技术

近代燃气轮机包括多列安装在支承转子盘的周边的转子叶片。压气机叶片 作用对压气机中的空气加压，而且涡轮机叶片用作使燃气膨胀以给支承盘提供 动力。

高压涡轮机通过在它们之间延伸的传动轴给压气机提供动力。而且低压涡 轮机的涡轮风扇飞机发动机应用中的上游风扇提供动力。例如，在海上应用和 工业应用中，低压涡轮机给外部传动轴提供动力以给船用螺旋浆或发电机提供 动力。

燃气轮机有多级压气机和涡轮机叶片。因此，在其中存在大量的这种叶片。 每级或每列的叶片都彼此相同，并且典型地级与级之间的尺寸是变化的。

各种制造工艺可以用来有效地制造压气机和涡轮机叶片，然而尽管如此， 大量的这种叶片需要消耗相当多的资源和时间，这实现了发动机成品的产量和 成本。

典型地压气机叶片是最初由各自的预成型坯制成的实心的、超耐热合金金 属。典型地预成型坯是由条材通过镦粗工艺制成，该工艺使金属发生塑性变形 以形成相对较宽的燕尾形毂和一体的、相对较窄的翼型端头。预成型坯的整个 周边四周有余量，从而可以从那里适当地地加工出转子叶片的最终构形。

然而，这些预成型坯是由诸如镍基超耐热合金的超耐热合金金属制成，这 样提高了用于燃气轮机中时的强度，这种强度的提高增加了制造过程中金属加 工的难度。

为了获得其总体凹形的加压侧以及相对的、总体凸形的负压侧，必须精确 加工叶片的翼型，加压侧和负压侧从根部到顶部间隔着延伸并且在对立的前缘 和后缘之间的翼弦中延伸。

也必须精确加工叶片的燕尾以形成一对具有典型的燕尾形状的相对的凸起 或突起，从而将各个叶片安装到支承转子盘的周边的相应的燕尾槽中。燕尾可 以是支撑在转子盘的边缘的轴向槽中的轴向入口，也可以是周向入口并支撑在 围绕转子盘的边缘延伸的周向燕尾槽中。

因此，翼型和燕尾构造为彼此不同，然而尽管如此，它们相对彼此都必须 具有精确外形以被准确地支撑在转子盘的周边上，从而在经受运转过程中受到 的相当大的空气动力载荷和离心载荷的同时，在运转过程中对通过压气机的空 气有效地实行它们的压缩功能，。

在美国商用了很多年的压气机转子叶片的常规制造工艺中，压气机叶片是 由一系列工艺制成。首先，上述预成型坯夹在其翼型端头周围，然后将燕尾形 毂精磨成具有总体H形或I形形状的毛形状或燕尾，在其对立侧上有凹槽从而 形成参考基面。

然后，用常规电化学加工(ECM)机床将预成型坯夹在毛燕尾周围，其 中，翼型端头的对立侧上的一对电极工具或电极板一起平移向电化学方法加工 机床，从那里切削掉材料并且在所要求的用千分之几英寸表示的小公差范围内 形成精确构造的翼型。

电化学加工是一种常规手段，在电化学加工中，预成型坯和电极板分别作 为阳极和阴极进行通电，电解质在它们之间的空隙里循环。随着对立板向内朝 向彼此平移，ECM从翼型端头去除材料，以对应于两个电极板的互补外形达 到翼型的要求厚度和外形。

由于此时的翼型加工到了其最终外形和表面光洁度，在随后的制造工艺中 它必须得到适当的保护，通常是采取将其封装在合适的诸如锡和铋软金属基体 中的方式。

然后，可以再次将封装翼型适当地夹在精磨机床上，从而可以将毛燕尾精 磨成中间毛突起形，精密地围绕最终燕尾的要求构造。精磨施加实质的载荷在 预成型坯上，这些载荷必须在相应夹具中适当的支撑。由于原始翼型端头的尺 寸过大，可以用相对简单的卡具或夹具支撑该端头。

然而，已加工的翼型具有其最终尺寸和表面光洁度，并且它的简单卡具可 能会对翼型产生不能接受的损害，所以翼型受到封装的保护，该封装就要简单 地夹在磨床上。

在最终突起的打磨之后，然后可以用任一种常规加工工艺，例如通过对单 个燕尾突起或凸起的附加精加工，获得燕尾的最终构造。

当燕尾进行最后加工时，通过简单地熔化软金属基体的方式可以然后将翼 型解开封装。此时的预成型坯包括最后完成的翼型和燕尾和它们之间的一体式 平台，然后进行典型的修整工序，例如，将翼型的长度剪切到所要求的尖头高 度。

将预成型坯加工成最终构造的转子叶片通常所需的分离式工艺通常需要多 个机床和多个操作者，这也相应地提高了附带成本。