一种扭曲通道电解加工阴极及扭曲通道交叉进给加工方法

技术领域

本发明属于电解加工设备及加工方法技术领域，具体涉及一种扭曲通道电解加工阴极及扭曲通道交叉进给加工方法。

背景技术

扩压器、整体叶盘等整体构件作为航空航天领域的关键部件，显著地提高了航空发动机的工作效率、推重比等关键参数。但整体叶盘、扩压器中相邻叶片之间的扭曲通道轮廓复杂且广泛采用性能优异的难加工材料，同时这些扭曲通道的加工精度、表面加工质量要求都很高，这就导致扭曲通道的加工非常困难。其中电解加工由于可加工材料范围广、工件表面无残余应力和热影响区、加工效率高及工具无损耗等优点，成为扩压器、整体叶盘上扭曲通道的主要加工工艺。其扭曲通道电解加工主要包括两个步骤：叶栅通道预加工和叶片型面精加工，在叶栅通道电解加工过程中，去除绝大部分材料，在工件毛坯上形成具有一定余量的叶栅通道。但由于存在遗传误差，叶片毛坯余量分布会影响后续叶片型面电解加工精度，因此，叶栅通道预加工在扭曲通道电解加工中起十分关键的作用。但目前扭曲通道电解加工存在如下问题：

(1)工具阴极前端面的加工刃材料为不锈钢，加工过程中如果发生短路现象，工具阴极前端面、加工刃会出现大面积烧伤，需更换新的工具阴极，增加生产成本的同时还影响加工效率；另外电解加工钛合金扭曲通道时，会在加工区域产生大量絮状不溶物，会吸附在工具阴极表面，影响了加工稳定性。

(2)随着扭曲通道复杂程度的升高，通道叶尖、叶根附近区域形貌差异越来越大，采用目前的旋转进给电解加工、工具阴极和工件双旋转电解加工的方式得到的扭曲通道中叶盆、叶背余量差偏大，且最大、最小余量一般位于叶栅通道叶尖、叶根处，最终使得扭曲通道的加工精度、表面加工质量都达不到加工要求；同时由于整体叶盘、扩压器等零部件具有多个扭曲通道，但现有的电解加工仅通过单个工具阴极径向进给，造成扭曲通道耗时较长，零部件生产效率低。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足，提供一种扭曲通道电解加工阴极及扭曲通道交叉进给加工方法，从而可解决现有工具阴极制造废品率高、加工短路导致生产成本升高、加工效率低以及现有电解加工方法导致扭曲通道加工精度、表面加工质量不足且加工耗时长的问题。

为实现本发明目的而提供的一种扭曲通道电解加工阴极，包括有水平工具阴极和竖直工具阴极，所述水平工具阴极、竖直工具阴极均与电源的负极通过导线连通，所述电源的正极通过导线与工件毛坯连通，所述水平工具阴极、竖直工具阴极均包括有刀头、刀身和底座，所述刀头为铜钨合金-不锈钢-铜钨合金的三层叠加结构，所述刀头的底部通过轴销固定在刀身的顶部，所述刀身的底部通过轴销固定在底座上，所述刀身的内部开设有中空腔，所述刀身的一侧壁上开有多个与中空腔连通的窄缝，用于将中空腔内的辅液从窄缝流出与外界的主液汇合。

作为上述方案的进一步改进，所述刀身的侧面轮廓通过粗铣、电火花精加工以及超声电化学工艺抛光去除表面重铸层。

一种扭曲通道交叉进给电解加工方法，其特征在于：包括有以下步骤：

步骤一、确定水平工具阴极、竖直工具阴极的加工区域；

步骤二、确定水平工具阴极、竖直工具阴极的进给速度；

步骤三、将辅液从刀身的中空腔从窄缝流出，与外界的主液汇合，在加工区域快速排出电解产物，水平工具阴极、竖直工具阴极协同联动，通过电化学反应，在工件毛坯上加工出扭曲通道。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤一通过如下方式实现水平工具阴极、竖直工具阴极加工区域的确定：

步骤1.1、利用计算机对需要制备出来的扭曲通道轮廓进行模拟仿真形成几何模型轮廓，然后将几何模型轮廓等间距的划分出n组控制曲线对a

步骤1.2、重复所述步骤S1.1的方法，得出第一组控制曲线对a

作为上述方案的进一步改进，所述步骤二通过如下方式实现水平工具阴极、竖直工具阴极进给速度v

步骤2.1、水平工具阴极、竖直工具阴极的进给速度v

步骤2.2、水平工具阴极的进给距离为l

l

作为上述方案的进一步改进，所述步骤三通过同时驱动水平工具阴极和竖直工具阴极，水平工具阴极从对刀位置径向进给，结束加工后退回对刀位置，竖直工具阴极从对刀位置轴向进给，与水平工具阴极加工出的通道贯通后，退回对刀位置，从而实现水平工具阴极、竖直工具阴极的协同联动。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明提供的一种扭曲通道电解加工阴极及扭曲通道交叉进给加工方法具有如下优势：

1.本发明中水平工具阴极、竖直工具阴极的刀头为铜钨合金-不锈钢-铜钨合金的三层叠加结构，加工过程中如果遇到短路情况对刀头的加工面损伤小，从而无需频繁更换刀头，降低了生产成本的同时还保障了加工效率；同时水平工具阴极、竖直工具阴极中的刀头、刀身以及底座通过轴销固定连接，当所加工的扭曲通道形貌不同时，刀头、刀身和底座可以极为方便的进行替换；另外水平工具阴极、竖直工具阴极的侧面轮廓在加工过程中利用电火花成形加工方式替换了原有的精铣加工方式，从而避免了精铣加工方式带来的变形，然后通过超声电化学抛光去除表面重铸层，提高了成品合格率和表面加工质量；最后水平工具阴极、竖直工具阴极内设置有中空腔和窄缝，中空腔中的辅液从窄缝中流出与外界的主液汇合，有助于提高加工区流场稳定性，克服目前扭曲通道电解加工电解产物不易排出的问题。

2.本发明中扭曲通道从叶尖至叶根根据形貌差异分为两个区域，两个区域分别设计对应的工具阴极轮廓，从而使得加工出来的扭曲通道余量差减小，使得扭曲通道的加工精度、表面加工质量都能够满足加工要求；同时水平工具阴极、竖直工具阴极同时进给加工工件毛坯，使得扭曲通道的加工时长变短，有效提高了零部件的加工效率。

附图说明

图1是本发明中扭曲通道电解加工阴极的示意图；

图2是本发明中水平工具阴极、竖直工具阴极的结构示意图；

图3是本发明中电解加工过程中的工件毛坯形貌的示意图；

图4是本发明中将几何模型轮廓等间距划分出控制曲线对的示意图；

图5是本发明中步骤一的工艺示意图。

其中，1-刀头；2-刀身；3-底座；4-中空腔；5-窄缝；6-电源；7-工件毛坯；8-水平工具阴极；9-竖直工具阴极；71-叶尖；72-进气边；73-叶根；74-排气边；75-几何模型；a

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

实施例一

如图1-图2所示，本发明提供了一种扭曲通道电解加工阴极，包括有水平工具阴极8和竖直工具阴极9，水平工具阴极8、竖直工具阴极9均与电源6的负极通过导线连通，电源6的正极通过导线与工件毛坯7连通。

水平工具阴极8、竖直工具阴极9均包括有刀头1、刀身2和底座3，刀头1为铜钨合金-不锈钢-铜钨合金的三层叠加结构，通过轧制复合法得到。两侧的铜钨合金层厚度约为0.1mm，中间的不锈钢层厚度取决于利用计算机对需要制备出来的扭曲通道轮廓进行模拟仿真形成几何模型轮廓75最窄处的宽度。水平工具阴极8在工件毛坯7上形成三个加工面，其轮廓根据计算机对扭曲通道轮廓进行模拟仿真形成几何模型轮廓75中的叶尖71和叶根73的曲线设计得出；竖直工具阴极9在工件毛坯7上形成五个加工面，其轮廓根据计算机对扭曲通道轮廓进行模拟仿真形成几何模型轮廓75中的进气边72、排气边74的曲线设计得出。

其中的刀头1的底部通过轴销固定在刀身2的顶部，刀身2的底部通过轴销固定在底座3上，刀身2的内部开设有中空腔4，刀身2的一侧壁上开有多个与中空腔4连通的窄缝5，用于将中空腔4内的辅液从窄缝5流出与外界的主液汇合发生电解反应。刀身2的侧面轮廓通过粗铣、电火花精加工以及超声电化学工艺抛光去除表面重铸层。

如图3-图5所示，本发明提供了一种扭曲通道交叉进给电解加工方法，包括有以下步骤：

步骤一、确定水平工具阴极8、竖直工具阴极9的加工区域；

其中通过如下方式实现步骤一中水平工具阴极8、竖直工具阴极9加工区域的确定：

步骤1.1、利用计算机对需要制备出来的扭曲通道轮廓进行模拟仿真形成几何模型轮廓75，然后将几何模型轮廓75等间距的划分出n组控制曲线对a

步骤1.2、重复步骤S1.1的方法，得出第一组控制曲线对a

步骤二、确定水平工具阴极8、竖直工具阴极9的进给速度；

其中通过如下方式实现步骤二中水平工具阴极8、竖直工具阴极9进给速度v

步骤2.1、为避免加工过程中发现短路现象，水平工具阴极8、竖直工具阴极9的进给速度v

步骤2.2、水平工具阴极8的进给距离为l

l

即：竖直工具阴极9先完成加工，水平工具阴极8随后完成加工，最终形成贯通的扭曲通道。

步骤三、将辅液从刀身2的中空腔4从窄缝5流出，与外界的主液汇合，在加工区域快速排出电解产物，水平工具阴极8、竖直工具阴极9协同联动，通过电化学反应，在工件毛坯上加工出扭曲通道。

其中步骤三通过同时驱动水平工具阴极8和竖直工具阴极9，水平工具阴极8从对刀位置径向进给，结束加工后退回对刀位置，竖直工具阴极9从对刀位置轴向进给，与水平工具阴极8加工出的通道贯通后，退回对刀位置，从而实现水平工具阴极8、竖直工具阴极9的协同联动。

另外电解液参数(电解液浓度、温度等)、电加工参数(加工电压、脉冲频率)与加工材料电化学溶解特性相关，以高温合金GH4169为例，加工电压为20V，电解液为硝酸钠，浓度为20％，压力为0.70Mpa，温度为30℃等。

上述扭曲通道的加工期间，刀身2的中空腔4中的辅液经窄缝5流出，与电解加工夹具进液口流入的主液汇合，在加工区域快速排出电解产物。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。