闭式整体叶盘电火花加工预孔抽液排屑方法

摘要

一种闭式整体叶盘电火花加工预孔抽液排屑方法，首先根据闭式整体叶盘的几何模型对预孔参数组合进行设计，并在闭式整体叶盘毛坯上加工出用于抽液的预孔，然后采用多轴联动电火花加工机床对带有预孔的闭式整体叶盘毛坯上的每个流道依次进行电火花加工，流道加工时从工具电极的对面一侧将加工产生的带有电蚀产物的工作液通过预孔抽出，从而实现放电加工区工作液的更新，显著提高闭式整体叶盘的加工效率。本发明能够实现闭式整体叶盘电火花加工放电蚀除产物的有效排出，提高了闭式整体叶盘电火花加工的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及电火花加工技术领域，具体涉及一种闭式整体叶盘电火花加工过程中放电蚀除产物排出的方法。

背景技术

闭式整体叶盘具有工作效率高、可靠性高等优点，越来越广泛地应用于液体火箭发动机、航空发动机。但闭式整体叶盘的流道为半封闭结构，叶片形面弯曲扭转，再加之闭式整体叶盘由一块难切削材料的毛坯加工而成，其制造难度很大。

目前，国内外均将多轴联动电火花加工作为闭式整体叶盘加工的首选方法。现阶段已经有较成熟的方法可以设计多轴联动电火花加工的工具电极并规划其进给轨迹，从而实现闭式整体叶盘的可加工性。但单个叶盘的加工往往需要数百小时，是液体火箭发动机批量生产中的瓶颈问题。提高闭式整体叶盘多轴联动电火花加工的效率迫在眉睫。

研究发现，闭式整体叶多轴联动电火花加工过程中通常采用冲液方式实现加工区域工作液的更新，冲液和工具电极进给在流道的同一侧。采用冲液方式加工闭式叶盘时，放电蚀除产物排出不畅，造成了放电状态不稳定，是闭式整体叶盘加工效率低下的主要因素之一。

综上所述，如何有效地将闭式整体叶盘加工中的放电蚀除产物排出以获得较高的加工效率，是目前本领域人员急需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种闭式整体叶盘电火花加工预孔抽液排屑方法，能够应用于大多数闭式整体叶盘电火花加工中，可以显著提高电火花加工的加工效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明首先根据闭式整体叶盘的几何模型对预孔参数组合进行设计，并在闭式整体叶盘毛坯上加工出用于抽液的预孔，然后采用多轴联动电火花加工机床对带有预孔的闭式整体叶盘毛坯上的每个流道依次进行电火花加工，流道加工时从工具电极的对面一侧将加工产生的带有电蚀产物(加工屑)的工作液通过预孔抽出，从而实现放电加工区工作液的更新，显著提高闭式整体叶盘的加工效率。

所述的预孔为位于闭式整体叶盘的流道区域内，用于在闭式整体叶盘电火花加工过程中抽取工作液的通孔。

所述的预孔参数组合包括：预孔数量、预孔直径以及预孔角度，具体为：一个流道内预先加工的抽液孔数量、每个抽液孔的内径以及抽液孔的轴线方向与闭式叶盘轴线方向的夹角。

所述的预孔参数组合，具体通过以下方式得到：将闭式整体叶盘在空中旋转，以其流道在投影平面内的投影面积最大时垂直于投影平面的方向作为当前流道的预孔角度，根据闭式整体叶盘流道两侧相邻叶片的投影边界选择预孔直径，根据闭式整体叶盘的叶冠和轮毂投影边界确定预孔数量。

所述的预孔直径，以不干涉的前提下根据闭式整体叶盘的流道两侧相邻叶片投影边界选择尽可能大的预孔直径。

所述的预孔数量，在闭式整体叶盘的叶冠和轮毂投影边界内、以预孔直径的1～10倍为间距确定预孔数量。

所述的预孔，采用但不限于高速电火花小孔加工机床来加工。

所述的多轴联动电火花加工机床，至少可实现X、Y、Z直线轴和旋转轴C四个运动轴的联动，最多可实现X、Y、Z直线轴和三个旋转轴A、B、C共计六个运动轴的联动。

技术效果

与现有技术相比，本发明技术效果包括：

1)加工效率高：通过预孔抽液排屑方法进行闭式整体叶盘电火花加工，由于排屑效果显著提高，电火花加工效率明显提高，且预孔加工时间相对总加工时间极少，因此总体闭式整体叶盘加工效率提高；

2)可操作性强：该方法只需通过两个工序即可完成，第一工序采用高速电火花打孔机床，第二工序采用多轴联动电火花加工机床，两道工序均有较成熟的工艺基础；

3)通用性好：该方法对绝大多数闭式整体叶盘类零件的电火花加工均适用，对于简单类叶盘，可以通过一次加工完成预孔加工，对于复杂叶盘，可以通过两侧分别加工对接的方式形成预孔，即保证工件两侧形成通孔即可实现预孔抽液排屑工艺方法。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中闭式整体叶盘的示意图；

图2为本发明具体实施方式中最大流道区域投影示意图；

图3为本发明具体实施方式中预孔加工示意图；

图4为本发明具体实施方式中抽液系统示意图，图中粗黑线为工作液管路；

图5为本发明具体实施方式中预孔抽液排屑工作原理示意图；

图中：1叶冠投影、2流道区域、3左叶片边界投影、4右叶片边界投影、5轮毂投影、6预孔、7高速电火花打孔机床、8叶盘毛坯、9打孔电极、10分度装置、11角度调节装置、12抽液泵(a出液口、b进液口)、13三通、14负压表、15阀门、16抽液斗、17闭式叶盘电火花加工工具电极、18抽液系统、19带抽液斗的抽液管。

具体实施方式

如图1所示，对所需进行加工闭式整体叶盘绕Z轴进行旋转，并将旋转后的叶盘投影到YZ平面，选取投影面流道区域面积最大条件下的Z轴旋转角度作为预孔角度，本实施例中预孔角度为-15°。

如图2所示，在流道区域投影面积最大条件下，根据左右两侧叶片投影边界间的距离以及结合高速电火花打孔机床铜管电极尺寸范围选择预孔直径，本实施例中预孔直径为1.8mm。根据叶冠与叶底之间的距离，本实施例中预孔数量为3个。

如图3所示，根据设计好的预孔角度调节夹具的斜面倾角，使斜面倾角等于预孔角度；根据预孔直径选择铜管电极尺寸，并结合毛坯材料与铜管电极选择高速电火花打孔机床电参数；根据设计好的预孔数量，计算该流道所有预孔中心的XY坐标，通过高速电火花打孔机床进行该流道全部预孔的加工。完成一个流道全部预孔的加工后，通过夹具的分度装置，旋转叶盘毛坯进行下一个流道预孔的加工，直至完成叶盘毛坯全部预孔的加工。

如图4所示，为本实施例涉及的一种带有抽液功能的闭式整体叶盘电火花加工系统，包括：依次连接的抽液泵12、三通13、负压表14、阀门15、抽液斗16、电火花加工工具电极17，通过具有自吸功能的抽液泵产生实验所需的负压条件，抽液泵12将工作液通过进液口b将加工区域工作液抽出，再通过出液口a将工作液排出到电火花机床工作箱内。

为便于调节抽液压力，在抽液管路上安装负压表14和阀门15。

为防止阀门关闭时抽液泵工作故障，通过三通13将进液口管路一分支始终接入机床工作箱，保证抽液泵流量平衡。

为保证孔内负压条件，增强抽液效果，所述的抽液斗16紧贴工件背面小孔进行抽液。

如图5所示，根据毛坯材料选择电火花加工电参数，在多轴联动电火花机床进行闭式整体叶盘电火花加工，电火花加工的同时抽液系统18持续通过预孔将带有放电蚀除产物的工作液抽出，实现高效无间断的排屑，实现闭式整体叶盘电火花的高效加工。

闭式整体叶盘采用常规冲液排屑方式进行时的电火花加工为357分钟；采用预孔冲液排屑方法进行时，预孔加工时间5分钟，叶盘电火花加工时间277分钟，总计282分钟。相比于常规冲液排屑方法的电火花加工，预孔冲液排屑方法电火花加工闭式整体叶盘的总体加工效率提升了21％。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。