[发明专利]基于三维复合流场的整体叶盘型面电解加工装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维复合流场的整体叶盘型面电解加工装置及方法，属于电解加工技术领域。

背景技术

整体叶盘是航空发动机结构创新与技术跨越的核心部件，它将叶片与轮毂制成一体，使发动机重量减轻、结构简化、可靠性增强。整体叶盘结构复杂，叶片超薄、扭曲程度大，流道狭窄，且通常采用耐高温、高硬度的难加工材料，加工精度要求苛刻，制造十分困难。

电解加工是基于电化学阳极溶解的原理来去除金属材料的加工方法，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，目前，航空发动机上已广泛采用电解方法加工整体叶盘。在电解加工中，电解液流场稳定性是决定加工精度与表面质量的重要环节，良好的电解液流场可以将电解加工产物、气泡以及加工中产生的热量迅速带离加工区，同时，流场均匀性是电解加工能否稳定进行的关键因素。整体叶盘流道结构复杂，流场设计困难，现有的电解液流动方式难以满足需求，流场方式的选择也提出了更高的要求。

在目前的整体叶盘电解加工方法中。国外如美国GE公司（Tandem blisk electrochemical machining,United States Patent,Number :2006272957）电解加工整体叶盘时，将已成型的叶盆阴极和叶背阴极固定在夹具上，通过将两阴极相对放置来形成叶片形状的电解加工区域，整体叶盘叶片按照一定的空间轨迹进给至空腔中，电解液流动方式采用侧流型，如图6，电解液从叶片进气边（或排气边）流入，从排气边（或进气边）流出，该类流场中电解液被毛坯被动分成两股液流，分别流入叶盆、叶背加工区，随机分流的电解液容易导致两个加工区流场不均，影响加工精度。同时，从图7可以看出，由于流道在毛坯叶根与叶尖间隙较大，上述区域易于出现流场缺陷，影响加工稳定性。国内南京航空航天大学采用一种薄片成型电极加工整体叶盘叶型，并提出了一种W型流场（paper “investigation on the flow field of W-shape electrolyte flow mode in electrochemical machining”，D.Zhu D. Zhu etc. J Appl Electrochem (2010) 40:525–532），如图8，两股电解液分别从毛坯叶根两侧流入，在叶尖处交汇流出，该类流场可主动控制叶盆、叶背加工区电解液速度和压力，解决了侧流型流场电解液撞击毛坯产生分流不均的问题，但由于流道中毛坯进气边和排气边间隙较大，上述流场会导致本应流向加工区的电解液分流，从而可能引起加工区缺液，如图9。沈阳黎明航空发动机有限责任公司采用一种精微电解加工电极加工整体叶盘叶型（见专利“一种整体叶盘叶型精微电解加工电极及加工方法”，申请号 201210269950.5 申请人 沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，发明人 朱海南 于冰等），其采用开放式的电解液流动方式，主液从叶片叶尖流入，两股辅液分别从叶片进气边与排气边的叶根流入，左、右两个电极的振动进给，该电解液流动方式同样会出现毛坯分流电解液造成分流不均，且该加工方法未将电解液密封在夹具体内，电解液直接从高压降至大气压，在电解液出口处易产生流场缺陷。现有的电解液流场方式均存在一定的局限性，因此有必要进一步设计更加适合整体叶盘电解加工的流场模式。

发明内容

本发明提出了一种基于三维复合流场的整体叶盘型面电解加工装置，该三维复合流场有效提高了流道突变区域流体的压力，改善了流场的可达性，该电解加工装置保证了电解液流场的稳定性，防止电解液外泄，隔离外部干扰，实现了整体叶盘型面的稳定加工。