[发明专利]带热障涂层金属零件的磨料水射流－电解复合制孔方法及装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种带热障涂层金属零件的磨料水射流－电解复合制孔方法及装置，其属于特种加工技术领域。

背景技术：

随着航空航天技术的高速发展，金属材料的单独使用已不能满足在高温环境下的使用要求。例如镍基单晶叶片，需要通过采用气膜冷却结构、表面制备热障涂层等工序，提升涡轮叶片工作温度。在燃气涡轮发动机叶片表面涂覆陶瓷热障涂层，能够起到隔热和降低叶片表面温度的效果，是提高叶片耐高温能力的重要技术之一。热障涂层是一种不导电的陶瓷材料，一般通过等离子喷涂或物理气相沉积方法制备在零件表层，厚度约为0.1-0.2mm。热障涂层通常应用在航空发动机涡轮叶片、燃烧室壁、某些流道、喉管等处，上述金属零件设计有大量小孔结构，孔径一般在0.3～3.0mm。

目前，在带热障涂层的金属零件上进行制孔成为航空发动机制造企业面临的一个难题。由于热障涂层材料不导电，无法直接采用常规的电加工工艺(电火花或者电解)在此类金属零件上进行制孔。针对该问题，目前采用的一种工艺为：在零件涂覆热障涂层之前，预先加工出孔型，然后再涂覆热障层，最后用微型钻头在相应孔位处去除热障涂层，其工序复杂、效率低、质量不易控制；另有一种加工工艺为：在叶片上先涂覆陶瓷热障层，然后采用激光在相应打孔位置上去除热障涂层，最后使用电加工技术进行打孔，工序也较为复杂、加工成本较高。

磨料水射流加工是一种新兴的特种工艺，它利用水射流和磨粒动能的冲击作用来去除材料，其优势在于：不受被加工材料导电性能的影响、无热影响区、无热变形、绿色环保，对各类热敏、硬脆等难加工材料的加工具有独特优势。电解加工利用金属材料的阳极溶解而去除材料，加工区域无再铸层、无残余应力、无微观裂纹，在航空发动机零件的小孔加工上得到广泛应用。

综合分析上述两种特种加工工艺技术的特点，创新提出带热障涂层金属零件的磨料水射流－电解复合制孔方法，并发明设计了相应装置。其工作原理如下：将工件及中空的工具电极装夹定位之后，首先利用工具电极产生磨料水射流，利用磨料水射流的冲蚀作用去除工件表面不导电的热障涂层，待金属基体裸露后，无需改变零件装夹、无需更换工具电极，再利用电解加工方法完成金属基体的制孔。该加工方法工艺简单，保证加工出的热障涂层孔型与金属基体孔型的位置重合，对解决航空航天领域广泛存在的尺寸在0.3-3.0mm之间的带热障涂层金属零件孔结构的高效精密加工具有重要意义。

发明内容：

本发明提供一种热障涂层金属零件的磨料水射流－电解复合制孔方法及装置，能有效避免制孔过程中工件的二次装夹，提高加工效率，保障加工质量。

本发明采用如下技术方案：一种带热障涂层金属零件的磨料水射流－电解复合制孔方法，其特征在于：包括如下步骤

(1)关闭电源；

(2)工件的安装定位：将工件通过夹具安装定位在工作台上；

(3)工具电极的安装定位：将工具电极安装定位在进液接头上，通过伺服进给装置调整进液接头及工具电极的位置；

(4)利用磨料水射流冲蚀工件表面不导电的热障涂层，直至加工位置的金属基体裸露，形成热障涂层孔型；

(5)开启电源，利用电解加工金属基体，直至金属基体孔型完成。

进一步地，所述步骤(4)中：电磁阀接通磨料工作液箱、断开电解工作液箱，启动输液泵，磨料工作液通过进液接头进入中空的工具电极并输出成为磨料水射流，磨料水射流冲蚀工件表面的热障涂层，直至在热障涂层上形成孔型、金属基体裸露。

进一步地，所述步骤(5)中：通过伺服进给装置调整进液接头及工具电极的位置，保持输液泵的启动状态，电磁阀接通电解工作液箱、断开磨料工作液箱，电解工作液通过进液接头进入中空的工具电极并输出至工件表面，开启电源，进行电解加工，伺服进给装置控制进液接头及工具电极的进给，直至完成金属基体孔型的加工。

进一步地，所述磨料工作液为含有Al₂O₃或者SiC磨料1-10g/L的自来水或者超纯水，磨料的粒径为1μm-20μm。

进一步地，所述电解工作液为中性盐溶液。