一種複雜異形通道結構電解加工專用工裝夾具及加工方法與流程
2023-05-10 11:31:51 1
本發明涉及特種加工裝置，尤其是一種針對複雜異形通道結構電解加工的專用工裝夾具及加工方法。
背景技術：
在航空航天發動機、燃氣輪機中的大量零部件中都包含有複雜異形的氣流通道，隨著對氣動性能要求的不斷提高，氣流通道的型面越來越複雜、尺寸精度和表面質量要求越來越高，而且有整體製造的趨勢。
為了探索包含有複雜異形通道結構的整體構件的整體製造工藝方法，首先要解決高效去除餘量的難題，而採用傳統的加工方法加工困難，往往其表面粗糙度達不到要求，加工精度也難以保證。
採用電解加工可進行零件的粗加工，實現高效去除餘量的目的，但是，目前適用於數控電解加工的工具機迴轉工作檯應用還不夠廣泛，分度功能不易實現，且電解液的密封不易保證，容易洩露，同時整個電解裝置內導電迴路的形成也比較困難。
技術實現要素：
發明目的：為解決現有技術的不足，提供一種結構簡單、定位準確以及去餘量效率高的包含有複雜異形通道結構的整體構件的電解加工的專用工裝夾具及加工方法。
技術方案：一種複雜異形通道結構電解加工專用工裝夾具，包括：
芯軸，其一端軸向開有中心盲孔，並與進液口接頭螺紋連接，中心盲孔底部徑向開有通孔；另一端設有與底板上孔槽配合的凸臺，並與底板固定連接；
分度盤，其設有中心通孔，沿徑向依次設有第一圓環、環形凹槽、第二圓環以及分度環；所述分度環包括沿圓周陣列排布的若干分度塊，相鄰分度塊之間有分度槽，且相鄰兩個分度槽之間的圓心角與工件上相鄰兩個葉間通道之間的圓心角相同；所述分度盤套裝在芯軸上，帶有環形凹槽的一面朝上，其底面與芯軸法蘭板的上端面配合；
固定塊，其嵌入分度盤第一圓環上的固定槽中，工件套裝在芯軸上，工件定位槽和環形凸臺分別與固定塊和分度盤上的環形凹槽配合；分度銷卡入分度槽，其下端插入底板上開設的銷孔內；
壓環，其套裝在芯軸上，並通過凹槽與工件上端面的凸臺配合；
密封壓蓋，其沿軸向設有直徑與所述壓環外徑相同的圓形凹槽，且在形成的環形壁上沿徑向開有方形槽，並設有中心通孔；密封壓蓋帶有圓形凹槽的端面朝下套入芯軸，其環形端面與分度盤的第二圓環面配合，其圓形凹槽的底面與芯軸的一個端面配合併固定；
導流套、背壓套，均設有中心通孔，背壓套的一端設有與導流套配合的凹槽，一側壁設有與中心通孔連通的出液孔，背壓套通過圓柱銷定位，並通過沉頭螺釘固定在底板上；
陰極連杆，其一端通過緊固螺釘與陰極連接，另一端固定在陰極導電板上；
密封圈壓蓋和密封圈，依次穿過陰極套入陰極連杆，陰極和陰極連杆依次穿過背壓套、導流套伸入工件的葉間通道內；密封壓蓋壓緊密封圈並通過螺釘與背壓套固定；
電解液通過進液口流入芯軸的中心盲孔，再通過徑向孔流入工件與壓環及密封壓蓋形成的第一流道內，然後流入導流套與陰極形成的第二流道，接著流入背壓套與陰極連杆形成的第三流道，最後通過背壓套上部的出液口流出。
該結構形成了一個封閉的電解液流道，共同保證了電解液密封的可靠性，且結構簡單，安裝與拆卸方便，且電解液流動形式為側流。分度盤、補償環、角向塊共同限制了工件在分度盤上的位置，工件一次裝夾即可加工工件上所有葉間通道，提高加工效率；壓環限制了電解液在葉間通道出口處的軸向流動，保證通道出口電解液充足。導流套限制了電解液在葉間通道出口處的周向發散，並且保護工件非加工面。
優選的，所述芯軸沿軸向依次為第一圓環、法蘭板、第一圓柱體、第二圓柱體以及第三圓柱體；第二圓柱體與第三圓柱體軸向設有連通的中心通孔，且第二圓柱體徑向設有通孔，第二圓柱體與第一圓柱體之間不連通；所述芯軸通過第一圓環與底板上的凹槽配合固定，並通過法蘭板上的螺紋孔與底板螺紋連接。
其中，所述密封壓蓋的圓形凹槽的底面與芯軸的第二圓柱體的上端面配合，並通過螺釘與第二圓柱體固定。
優選的，所述固定塊為角向塊，其嵌入分度盤上開設的矩形槽並與工件上的角向槽配合。
優選的，所述導流套的中心通孔包括多個孔徑不同的孔，可以保證加工間隙不致突然變大，保證流場的均勻分布。
優選的，所述分度盤與密封壓蓋配合的端面上以及密封壓蓋與壓環的配合面上均設有o型圈槽，並通過o型圈密封。以防止電解液流出，達到更好的密封效果。
優選的，所述背壓套的出液孔安裝有控制背壓的背壓控制閥，以通過壓力表觀察背壓大小。
優選的，所述密封壓蓋的材質為環氧樹脂，導流套的材質為尼龍，背壓套的材質為有機玻璃。
一種採用所述工裝夾具的加工方法，包括以下步驟：
(1)裝夾待加工工件
裝夾時，待加工工件通過角向塊與分度盤定位連接，分度銷裝配的初始位置與角向塊和分度盤圓心共線；
(2)裝配進給端
裝配好陰極連杆、密封圈以及密封圈壓環的陰極插入背壓套和導流套，密封圈塞入背壓套孔內，密封圈壓蓋壓緊密封圈並通過螺釘與背壓套連接，陰極連杆通過螺釘與陰極導電板連接；將裝配好的夾具放置在工具機工作檯上；
(3)電連接
陰極導電板與電源負極通過導線連接，底板通過導線與電源正極連接；
(4)加工工件
電源提供動力帶動陰極沿背壓套開出的中心孔軸線不斷進給，每加工完一個葉間通道，撤回陰極至工件通道外側，拔出分度銷，轉動分度盤至下一個工位，再插入分度銷，進行下一個通道的加工。
該加工方法避免了工具機工作檯行程誤差的積累，保證葉間通道圓周分布的位置精度。
有益效果：與現有技術相比，本發明的工裝夾具結構簡單、定位準確、去餘量效率高；待加工工件由分度盤、補償環以及角向塊共同定位夾緊，採取這種定位夾緊方式一次裝夾即可完成整個工件所有葉間通道的加工，顯著提高加工效率。本發明的方法中分度功能由分度盤實現，每加工完一個葉間通道，撤回陰極至工件通道外側，拔出分度銷，轉動分度盤至下一個工位，再插入分度銷，進行下一個通道的加工；因此避免了工具機工作檯行程誤差的積累，保證葉間通道圓周分布的位置精度。本發明中電解液流動形式為側流，具體流動路徑從進液口流入，通過芯軸進入到密封腔內，順著流道進入工件內，經導流套進入背壓套，最後從背壓套上部開設的出口流出。背壓套出口安裝背壓控制閥控制背壓，這保證了加工區域流場的穩定性，有效提高了加工的穩定性和加工精度。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是本發明結構的右視圖；
圖3是本發明結構的上視圖；
圖4是圖3中a-a的剖面示意圖；
圖5是圖3中c-c的剖面示意圖；
圖6和圖7分別是芯軸結構示意圖1和芯軸結構示意圖2；
圖8是分度盤結構示意圖；
圖9是壓環結構示意圖；
圖10是密封壓蓋結構示意圖；
圖11和圖12分別是導流套結構示意圖1和導流套結構示意圖2；
圖13和圖14分別是背壓套結構示意圖1和背壓套結構示意圖2；
圖15和圖16分別是陰極連杆結構示意圖1和陰極連杆結構示意圖2；
圖17是底部結構示意圖；
圖18是待加工工件示意圖；
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細的說明。
如圖1至圖5所示，本發明的複雜異形通道結構電解加工專用工裝夾具包括：芯軸1、接頭2、底板3、分度盤4、固定塊5、分度銷6、壓環7、密封壓蓋8、導流套9、背壓套10、陰極連杆11、陰極12、陰極導電板13、密封圈14以及密封圈壓蓋15。
芯軸通過螺釘和底板連接在一起，分度盤通過孔軸配合的方式套在芯軸上，接頭與芯軸通過管螺紋連接在一起，固定塊嵌入分度盤上開出的矩形槽中並與工件上的角向槽配合；壓環壓緊工件上表面，密封壓蓋通過螺釘和芯軸連接在一起；分度銷插入底板開出的銷孔內，並嵌入分度盤周圍的分度槽內；導流套嵌入密封壓蓋開出的側孔中，背壓套通過圓柱銷定位，並通過螺釘與底板連接；密封圈塞入背壓套開出的中心通孔內，密封圈壓蓋壓緊密封圈並通過螺釘與背壓套連接在一起；陰極通過緊固螺釘與陰極接杆連接在一起，陰極接杆通過螺釘與陰極導電板連接在一起，陰極導電板與電源負極通過導線連接在一起，底板與電源正極通過導線連接在一起。
如圖6和圖7所示，芯軸1為一體成型結構，軸向由下往上依次為第一圓環101、法蘭板102、第一圓柱體103、第二圓柱體104以及第三圓柱體105；所述第三圓柱體設有軸向的中心通孔106，第二圓柱體設有與第三圓柱體軸向的中心通孔連通的軸向中心通孔107，且第二圓柱體徑向設有方形通孔108，第二圓柱體與第一圓柱體之間不連通；法蘭板上開有四個圓周陣列排布的第一螺紋孔109，第二圓柱體上端面開有四個圓周陣列排布的第二螺紋孔110。
如圖8所示，分度盤4為一體成型結構，設有中心孔401，由中心孔沿徑向依次設有第一圓環402、環形凹槽403、第二圓環404以及分度環405，且在第一圓環上設有一方形槽406；所述分度環包括沿圓周陣列排布的若干分度塊407，相鄰分度塊之間有分度槽408，所述，分度槽的個數與工件上的葉間通道個數相同，且相鄰兩個分度槽之間的圓心角與工件上相鄰兩個葉間通道之間的圓心角相同。
如圖9所示，壓環開有一軸向中心孔701，並設有臺階702。限制了電解液在葉間通道出口處的軸向流動，保證通道出口電解液充足，提高去餘量效率。同時，分度盤、補償環和角向塊共同限制了工件在分度盤上的位置，工件一次裝夾即可加工31個葉間通道，提高加工效率。
如圖10所示，密封壓蓋8的軸向設有直徑與所述壓環外徑相同的圓形凹槽801，且形成一環形壁802和一上壁803，環形壁上開有方形槽804，圓形凹槽和方型槽的槽深相同，且略大於待加工工件的厚度，上壁設有中心通孔805，中心通孔周圍設有四個圓周陣列排布的螺紋孔。
如圖11和圖12所示，導流套9的一端面為平面，另一端面為弧形凹面，由平面一端沿軸向依次開有方形孔901和偏型孔902，形成一通道；且在其一側面靠近平面端設有一弧形臺階903；導流套限制了電解液在葉間通道出口處的周向發散，並且保護工件非加工面。導流套內部的孔槽截面積不等，可以保證加工間隙不致突然變大，保證流場的均勻分布。
如圖13和圖14所示，背壓套10的一端面為平面，另一端面為弧形凹面，弧形凹面的一端設有一弧形臺階1001，弧形凹面的一端中心設有嵌合導流套的凹槽1002；背壓套軸向設有通孔1003，徑向設有與通孔1003連通的出液孔1004；上側面設有對稱設有兩個螺紋通孔1005和兩個圓柱通孔1006。
如圖15和圖16所示，陰極連杆的一端軸向開有與陰極配合的方形孔1101，並在外圓周上開有兩方1102，且在兩方上開有螺紋通孔1103；另一端開有軸向盲孔1104，且設有法蘭板1105，法蘭板上設有四個圓周陣列排布的螺紋孔1106。
如圖17所示，底板為方形鋼板，靠近其一角上設有圓形凹槽301，圓形凹槽的周圍均勻排布四個螺紋孔302；另一端中心設有兩個螺紋孔303和兩個圓柱孔304，其分別與背壓套上側面的兩個螺紋孔1005和兩個圓柱通孔1006配合；底板上還設有與定位銷配合的銷孔305。
如圖18所示，待加工工件的下端面設有與角向塊配合的角向槽20，其下端面中心有環形凸臺21，圓周側面為圓周陣列排布的待加工的葉間通道22.
電解液流通通道：
電解液通過接頭上的進液口201流入芯軸的中心通孔106和107，再通過徑向方孔108流入工件與壓環及密封壓蓋形成的第一流道內，然後流入導流套與陰極形成的第二流道，接著流入背壓套與陰極連杆形成的第三流道，最後通過背壓套上部的出液孔1004流出。
工件裝夾過程：
首先芯軸通過第一圓環與底板上的凹槽配合固定，並通過法蘭板上的螺紋孔與底板螺紋連接；接頭與芯軸通過管螺紋連接在一起。
分度盤帶有環形凹槽的一面朝上，通過中心孔套裝在芯軸上，其底面與芯軸法蘭板的上面貼合。
角向塊嵌入分度盤上的矩形槽中，工件套裝在芯軸上，其定位槽和環形凸臺分別與固定塊和分度盤上的環形凹槽配合定位。
分度銷卡入分度槽，下端插入底板上開設的銷孔內；
壓環帶有臺階的一面朝下，通過中心孔套裝在芯軸上，並通過臺階與工件上端面的凸臺配合；
密封壓蓋帶有圓形凹槽的一端面朝下，通過中心通孔套入芯軸，其圓形凹槽的底面與芯軸的第二圓柱體的上端面配合，並通過螺釘固定在第二圓柱體的上端面；
陰極插入陰極連杆的配合孔內，通過緊固螺釘夾緊陰極和陰極連杆；陰極連杆另一端的法蘭板，通過螺釘與陰極導電板連接在一起。
密封圈壓蓋和密封圈依次套入陰極連杆，陰極和陰極連杆依次穿過背壓套、導流套伸入工件的葉間通道內。
密封圈塞入背壓套的中心孔內，密封圈壓蓋壓緊密封圈並通過螺釘與背壓套連接在一起。
一種採用所述工裝夾具的加工方法，包括以下步驟：
(1)裝夾待加工工件
裝夾時，待加工工件通過角向塊與分度盤定位連接，分度銷裝配的初始位置與角向塊和分度盤圓心共線；
(2)裝配進給端
裝配好陰極連杆、密封圈以及密封圈壓環的陰極插入背壓套和導流套，密封圈塞入背壓套孔內，密封圈壓蓋壓緊密封圈並通過螺釘與背壓套連接，陰極連杆通過螺釘與陰極導電板連接；將裝配好的夾具放置在工具機工作檯上；
(3)電連接
陰極導電板與電源負極通過導線連接，底板通過導線與電源正極連接；
(4)加工工件
電源提供動力帶動陰極沿背壓套開出的中心孔軸線不斷進給，每加工完一個葉間通道，撤回陰極至工件通道外側，拔出分度銷，轉動分度盤至下一個工位，再插入分度銷，進行下一個通道的加工。
該加工方法避免了工具機工作檯行程誤差的積累，保證葉間通道圓周分布的位置精度。