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叶片电解精加工研究 |
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作者：沈阳黎明航空发动机集团 金文媞 |
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摘要：发动机压气机零级静子叶片，材料为钛合金TC4, 其叶身型面及进、排气边目前采用数控铣加工方法完成，数控铣加工后单面留有（0.15～0.30）mm的余量, 再由抛光工序进行抛光加工，最后达到设计图纸的要求。由于该叶片的型面比较薄（最薄处仅为0.48mm），受切削力的影响叶片型面容易发生变形，尤其是钛合金在抛光过程中, 由于受摩擦热的影响,叶片容易产生变形，影响加工质量，且加工效率较低，我们通过对叶片型面进行电解精加工的研究，摸索精电解加工工艺参数和各种相关数据，实现叶片型面小余量或无余量加工的目标，降低成本、提高效率，为新机发展做出应有的贡献。
0.引言
电解加工是利用电化学阳极溶解原理去除金属材料的一种加工工艺，电解成型加工是通过工件阳极的不断溶解，工件阴极不断地向工件进给，将工具（阴极）已有的型面复制到工件（阳极）上，从而形成零件型面的加工工艺方法（如图1），其复制成形的精度受诸多方面因素的影响，如机床本身的控制精度、工件型面的曲率半径大小、加工电压、电流密度、平衡间隙大小、电解液配方、温度、流量等，对于钛合金材料的电解加工，更有其特殊性，如要求有较高的电流密度和较高的电解液温度，否则易出现点腐蚀，当使用NaCI电解液时，温度应控制在40℃以上，可得到较好的表面质量和粗糙度。
1. 零件结构分析
飞机发动机上零级静子叶片的外形尺寸、叶型截面示意图见图1，叶身长103mm，它的特点是叶身型面的壁厚非常薄，在叶片的排气边缘最薄处仅为0.48mm，用传统的机械加工方法易产生变形，因此必须给后面的抛光工序留有足够的大余量。由于抛光过程中产生很高的温度，抛光后零件表面的物理机械性可能会发生变化，叶片的表面组织甚至也随之发生变化，从而降低了叶片的使用性能，并且抛光加工的生产效率低、劳动强度大，为保证新机批产的质量，为此我们通过查阅资料，并借鉴其它型号叶片电解的经验，对该叶片进行精电解加工的试验研究。
叶型截面示意图
图1： 叶片外型尺寸及叶型截面示意图
2. 设计要求
2.1 设计要求
发动机上压气机零级静子叶片，安装在发动机可调叶片的后面，承受着较大负荷，是发动机上重要零件之一，毛坯是模锻件TC4 钛合金，对叶片型面的要求是：在距进、排气边缘5mm 范围内透光不大于0.06mm，其余部位不大于0.12mm。⑵Ⅰ－Ⅰ截面以上型面及Ⅷ－Ⅷ以下型面按标准样件检验。⑶各截面间的中间截面应平滑转接叶片型面叶身与缘板的转接半径应抛光，不允许有划伤、切痕和压伤。
2.2 研制目的
摸索电解精加工工艺参数，消除叶片的点蚀、流痕现象；电解加工后的余量小于等于0.1mm；缩短加工周期，提高生产效率和表面质量；掌握精电解加工叶片技术。
3. 试验前期准备工作
3.1 电解前叶片的测量
在型面测具（3B360-1423）上测量10 个叶片,Ⅰ～Ⅷ各截面的透光、肋下间隙及余量,测量的各数据见表2：表 2： 电解加工前叶片型面测量数据
4 工艺试验
4.1 分组
10 个叶片按余量的多少分成两组进行试验，将每个叶片的各截面样板肋下余量打磨一致，盆、背余量差控制在小于0.10mm 以内。
4.2工艺参数
电解加工的表面质量取决于被加工零件的材料、采用的电解液和工艺参数等因素，首先初步确定加工间隙、速度和电压等一些工艺参数对叶片进行加工，在型面测具上测量叶片各截面的透光、肋下间隙和余量，根据这些数据对电极进行打磨、修整，并观察加工后叶片的表面质量和粗糙度，对有些工艺参数进行调整和修改，再重新加工叶片、测量叶片和打磨电极、修改工艺参数，直至加工出符合要求的叶片为止，选择了不同的加工参数对叶片进行试加工，最终从这些数据中优选出一组较合理的参数，叶片试验工艺参数见下表3：表 3： 叶片试验工艺参数表
 4.3 工艺试验结果
4.3.1 叶片测量
我们用上述的工艺参数加工出3 个理想的叶片，其电解加工前、后型面透光、肋下间隙及余量见表4：表 4： 电解加工前、后叶片型面测量数据比较
 4.3.2 叶片理化检测
取 2 个叶片，在每个叶片上切割两条宽3.5mm、长40mm 的试验条做理化测氢检查，1#、2#试验条对应的叶片号为：0511-1-11-23； 3#、、4#试验条对应的叶片号为：0511-1-11-12；测氢的数据应小于标准值0.012%，从测量的结果来看氢含量远小于标准值，其检测结果见测试分析及主要试验报告。
5 结果讨论与分析
在现有的加工条件下，通过以上的工艺参数试验加工出3 个理想的叶片，电解加工后的余量小于0.1mm，如果需要工程化应用要做以下几方面工作：
5.1 提高叶片电解前的状态
目前使用的试验件是由锻件毛料经数控铣加工后得到的叶片，由于叶身型面较薄，在切削力的作用下，加工后型面发生了很大的变化，在型面测具上测量叶片的透光、肋下间隙后发现，同一截面盆、背余量不对称，不同截面的盆、背余量不一致，余量差比较大，很难加工出小余量或无余量的叶片。
5.2 增大电解前叶片的余量
电解加工是属于复制的一种加工方法，由于试验件的加工余量较小，在电解加工过程中，电极对叶身型面还没有完成整型加工，叶片的尺寸就已经到了，根据试验得出的结论是必须使叶片单面有1.0mm以上的余量，且余量差控制在小于等于0.1mm 以内，才能电解精加工出更高质量的叶片。
5.3 提高工艺电源的稳定性
电源是电解加工中的重要环节，电源的调压、稳压精度都影响着加工精度和加工稳定性，由于设备还存在着一定的电压波动，因此影响了叶片的加工精度和加工稳定性。
参考文献
1、《叶片制造技术》 科学出版社2002年出版
2、《航空制造工程手册》特种加工航空工艺出版社1993年出版(end)
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(8/4/2012) |
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