[发明专利]一种航空发动机维修与再制造的电解加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机维修与再制造的电解加工方法。

背景技术

电解加工是电化学加工技术之一，是基于电化学过程中阳极溶解原理并借助预先制备成型的特殊阴极将工件按照一定的形状和尺寸加工成型的工艺方法。在电解加工过程中工件材料的蚀除速度不会受到加工材料的硬度、强度、韧性的影响；工件的材料是以离子状态去除，无冷作硬化层、热再铸层以及由此引起的表面纤维裂纹，表面光整、无加工纹路、无毛刺等特点，并且由于无切削力和表层内应力，因此工件的加工变形小；电解加工工具阴极不与工件接触，工具阴极不损耗等优势特点。最大优势在于传统加工过程中进刀限位的问题在电解加工领域内完全不受限制，可以根据加工对象的型面要求制造特殊的工具阴极形状满足种非规则型面，空间曲面的特种加工。

目前国内民航大飞机研发制造发展迅猛，新材料的开发和新技术的引进及应用得到广泛的关注，本课题所研究的电解加工正是一种朝阳性的特种加工技术，已成为当今科技研发的热点。该技术凭借其强大的优势，正在汽车、轮船、航天航空、医疗器械、仪器仪表等精密零部件的加工得到逐渐应用，并且其加工能力是一般传统机加工所无法达到的。例如，复杂型面加工时，传统机加工存在进刀限位的问题而无法完成加工，而电解加工则根据加工型面要求特制工具阴极来完成复杂型面的加工。因此在特种加工领域，电解加工的应用发展前景是不可估量的。当下在民航维修领域中，发动机叶片型面修补大多采用堆焊的方法，修补后叶片型面尺寸恢复若采用电解加工的方法，可以使叶片在去除多余的堆焊层后表面无残余机械应力、无微划痕、无微裂纹等二次损伤，极大的提高了零部件的使用寿命。由此可见，电解加工技术已成为加工领域内必不可少的一种加工方法，该技术的研究及应用不但可以给我国民航维修企业带来显著的经济效益，还提高我国民航机务维修特种装备的制造水平，为我国大发动机研制做技术储备。

目前，电解加工技术在小型精密零件的应用显著。德国Friz-Haber研究所采用持续时间以纳秒计的超短脉冲电流进行电解加工，成功加工出微米级尺寸的微细零件，其加工精度可以达几百纳米；PHILIPS公司用电解加工技术加工出微米级的浅槽；日本东京大学在直径数十微米的微细轴成功进行了表面光整加工；韩国研究人员采用微细电解技术加工出微细群孔、窄槽、微棱柱等结构。俄罗斯乌法航空学院研制的小型立式脉冲电流电解加工机床，电流峰值 200 安培，最小加工间隙可达 0.01～0.02mm，加工出的精密模具的精度可达 0.02mm，堪与电火花加工相比，而其生产率和表面粗糙度远优于电火花加工。因而在塑料模具型腔加工方面有极高的应用价值。荷兰菲利普制造技术中心应用极窄脉宽的脉冲电源以及其它工艺措施进行电解加工，精度达到前所未有的微米级水平。

国内多所高校和科研单位也开展了电解加工技术的研究，南京航空航天大学徐家文教授对于不同加工工艺参数进行分析微细电解加工,描述了影响微细电解加工中表面精度及加工效率的主要因素；朱荻等在考虑流场特性的发动机叶片电解加工阴极设计及数值仿真中,研究了发动机转子的叶片阴极设计；哈尔滨工业大学的狄士春教授分析关于高频窄脉冲微细电解加工过程中影响因素,解释了加工间隙内的极间电压、电解液浓度和脉冲高频频率在电解加工过程中对加工间隙的影响。余艳青等在电解加工高频窄脉冲电流源特性试验研宄中,分析出脉冲宽度和占空比是影响加工间隙的理化特性的主要因素,在微观上对阳极材料溶解蚀除能力及加工间隙的大小直接造成影响,在宏观上影响了电解加工阳极工件的加工表面精度、加工质量和加工效率。合肥工业大学的秦艳芳、张晔等则考虑了实际电解加工过程中多场相互作用,详细地阐述了高频窄脉冲的基础理论,分析电解加工过程中加工间隙内的电场、流场和温度场产生的原理,分析了脉冲电流电解加工过程中电场和流场的耦合作用,运用COMSOL分析了高频窄脉冲电流电解加工和直流电解加工的多场耦合,通过对结果数据的整理和分析得出高频脉冲电解加工比直流电解加工优先达到加工稳定状态。

航空发动机深度维修技术中，大量应用到传统的机加工的方法，然而机加工方法在某些核心零部件的加工过程中存在安全隐患，如机加工可使部件留有残余机械应力，加工表面产生微划痕、微裂纹等二次损伤，直接影响航空发动机运行的稳定性及安全性。其主要表面在以下几个方面：

（1）叶片堆焊修复后型面尺寸恢复技术