基于电解扫掠成形原理的整体叶盘叶根加工方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaOct．252015V01．36No103457．3464ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．caDoI：10．7527／S1000一6893．2015．0191基于电解扫掠成形原理的整体叶盘叶根加工方法王福元1’*，赵建社21．盐城工学院机械工程学院，盐城2240512．南京航空航天大学机电学院，南京210016摘要：采用片状或管状阴极电解

2、加工(ECM)后的整体叶盘由于加工运动、阴极形状等原因在叶根处会形成一定的加工残留，影响整体叶盘的加工精度。针对叶片电解加工后形成的叶根残留，开展去除叶根残留电解加工方法的研究，解决叶根电解加工的阴极结构、加工路径设计等难题。首先，分析了叶根的残留分布情况以及叶间通道的结构，采用了电解扫掠成形加工方案。其次，设计了阴极结构与加工路径，在阴极结构上采用了扇形流道并分析了电解液流速分布，通过增加引流槽、改变倾角等措施改善了流场；对阴极的运动路径进行了规划，利用专用仿真软件对阴极运动干涉与加工程序进行了检验；

3、通过附加叶盘转动补偿了由于不同截面内叶间通道宽度与阴极刃口尺寸不一致给加工带来的不足。最后，制作了电解加工装置并通过试验对叶根电解加工方法进行了验证。试验结果表明，该加工方法有效去除了叶根残留，加工表面质量好，加工精度达到了要求。关键词：整体叶盘；电解加工；扫掠成形；路径优化；阴极设计；流场分析中图分类号：V261．5；TG662文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)10—3457—08整体叶盘是在盘体上直接加工出叶片或者通过连接、铸造等方法将轮盘与叶片结合在一起的一种结构形式，常用的制

4、造方法有数控铣削(端铣‘州和插铣‘4。51)、连接法[67

5、、电解加工[8f9]、精密铸造等[1”12]。航空发动机上使用整体叶盘是未来发展的一个趋势，但是由于受当前加工技术的限制，目前只是在一些高性能或者新研发的发动机上得到了应用，随着整体叶盘加工技术的发展，今后将会在越来越多的航空发动机使用整体结构形式的叶盘[13’14]。电解加工是目前整体叶盘加工采用的主要加工方法之一，经过几十年的发展，在工艺上又发展了数控展成法[15

6、、阴极平面摆动法[1⋯、叶背修正加工法[17I、分步分区加工法[18I、管状

7、阴极旋转加工法等[1⋯。在以上加工方法中，由于受到阴极形状、运动轨迹的限制在叶根处存在一定的残留，影响加工精度，成为整体叶盘电解加工中急需解决的难题之一。为了减少叶根处的加工残留，过去采取的方法主要有优化阴极前刃口的角度，在阴极运动路中进行回撤等措施，但这些处理方法只是起到减小残留的效果，却并没有从根本上消除残留。为了去除这部分余量，在叶片加工之后再通过手工打磨的方法去除，处理起来十分麻烦，加工精度也难以保证。因此，在叶片电解加工完成后，有必要继续采用适当的加工方法对叶根的残留进行清收稿日期：2015—

8、05—26；退修日期：2015-06-12；录用日期：2015—06-25；网络出版时间：2015—07—0710：35网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V201507071035001．html基金项目：国家自然科学基金(51405418)；陕西省特种加工重点实验室开放基金(ZSKJ201410)；航空科学基金(2011ZE52055)*通讯作者．Tel．：0515-88298571E-mail：wfyycit@163com硪墙罄武tWangFY。ZhaoJS

9、．ProcessingmethodofbladerootofbriskbasedonprincipleofelectrochemicalsweepshapingEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015，36(10)：3457-3464÷I福元．赵建社．基f电解扫掠成形绿理的整体叶盘叶根加I方法￡JI航空学报．2015．36(10)：3457-3464．航空学报Oct．252015V01．36No．10除，提高加工精度与加工效率、保持与叶盆、叶背加工精度的一

10、致性。1叶根残留形成在整体叶盘电解加工方法中，常采用的方法有单步加工法和分步加工法两种。从使用的阴极形状与成形运动原理上来看，这两种方法都会在叶根处形成残留。加工后叶根残留的形状、大小与采用的具体加工方法有关。在单步加工法中，通过一次加工把叶背与叶盆全部加工出来，采用的阴极类型有片状、管状、棒状等形式。以片状阴极加工为例，如图1所示，加工过程中阴极始终沿着叶背(或叶盆)轮廓线运动，通过阴极与工件的合成运动加工出叶片以及叶间通道。由于在不同径