[发明专利]一种涡轮叶片电火花加工气膜孔的质量评价方法

说明书

本发明涉及一种涡轮叶片电火花加工气膜孔的质量评价方法。本发明分为五个步骤：第一步，在长方形试样块上用所需评价的电火花打孔工艺打上若干小孔，然后放在体式镜下拍摄孔两侧的照片，并测量出孔的圆度和锥度；第二步，将试样块沿孔边用线切割剖开，对剖面适当打磨抛光，以露出孔内壁，在光学显微镜或者电镜下即可观察到内壁形貌，随后用激光共聚焦显微镜测量孔内壁粗糙度；第三步，取试样块沿孔边切割后制成金相试样，打磨、抛光、腐蚀、喷金后在电镜下测量再铸层厚度；第四步，制备新的试样块以进行持久疲劳和高周疲劳试验；最后，综合所有数据对孔进行综合分析。本发明可对电火花打孔质量评价提供有效的试验方法。

技术领域

本发明属于小孔电加工技术领域，特别涉及一种涡轮叶片电火花加工气膜孔的质量评价方法。

背景技术

随着航空发动机性能的不断提高，涡轮前温度要求越来越高，文献表明，涡轮前总温度每提高55℃，发动机推力可提高10％左右。发动机热端部件已广泛采用气膜冷却技术，如何有效地减少涡轮等重要部件中气膜孔冷却的再铸层(厚度)和提高加工质量对保证发动机的质量有重大意义。

目前，叶片气膜孔冷却的加工主要采用传统激光打孔、电火花打孔、电液束打孔、飞秒激光打孔等方法，各种方法均有各自特点。传统激光打孔效率高，但再铸层较厚；电火花打孔再铸层相对较薄；电液束打孔无再铸层，但效率低；飞秒激光打孔在功率小的情况下基本不形成再铸层，但打孔效率低、费用高。为了提高打孔效率，较大功率的飞秒激光打孔工艺正在研究中，还未实现工程应用。电火花打孔是目前运用最广的一种打孔方法，它是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电，引起局部、瞬时的高温，使得工件放电点材料以熔融、气化的形式被去除，从而达到对工件尺寸形状要求的加工方法。成本低、效率高、能对任何硬度的导电材料经行加工。但与此同时，缺点也不可忽略，电火花加工出的孔存在一定厚度的再铸层，且有微裂纹。若孔的质量太低，将等同于发动机存在损伤。航空发动机所用的镍基高温合金材料有着高的热裂纹敏感性，在航空发动机的高温高压高转速的环境下，气膜孔所带的损伤会导致气膜孔腐蚀、破裂从而使发动机产生事故。

电火花打孔利用的是热能和电能这一加工机制，电极周围可瞬间达到上万度的高温，孔边缘材料熔化或气化，再由冷却液的作用下凝固。所以电火花加工一定会存在先熔化后凝固产生的再铸层，且由于加工过程中孔周围的冷热不均，再铸层内存在残余应力甚至演变为微裂纹。但电火花打孔的不同参数设置对材料的损伤程度不同，已有科研数据表明，高脉冲电流、长脉冲宽度、短脉冲间隔，即高的加工速率加工出来的小孔对材料损伤程度较大。低脉冲电流、短脉冲宽度、长脉冲间隔，即低的加工速率加工出来的小孔对材料损伤程度较小。所以加工速率和加工质量存在一定的矛盾关系，对于生产车间来说需要在满足规定质量的情况下尽可能的提高加工速率，以提高车间或生产单位的效益。现如今还没有一套完整的气膜孔质量评价体系和方法，所以需要建立一套方法以评价气膜孔质量，为生产单位用能产出高良品率的加工参数来进行生产。

发明内容

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种涡轮叶片电火花加工气膜孔的质量评价方法,以根据评价结果确定加工质量较好、加工速率较高的气膜孔加工工艺参数。

一种涡轮叶片电火花加工气膜孔的质量评价方法，包括如下步骤：

(1)电火花小孔圆度、锥度评定过程：

用电火花在试样块上打孔时，用记号笔标注出电极对孔的出口方向和入口方向，然后用清水、酒精或清洗剂洗干净试样块的表面，防止由异物干扰观测，然后将试样块放体式镜下观测并拍摄孔出口、入口照片。用图片处理软件计算出孔的平均直径、最大直径、最小直径、面积和周长。圆度、锥度和分数可按照以下公式计算：

Roundness＝(d_max-d_min)/2

式中：Roundness为孔出口或入口的圆度，d_max(μm)为所测孔的最大直径，d_min(um)为所测孔的最小直径。