專利名稱：一種加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法及其專用夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于三元流閉式葉輪的加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三元流閉式葉輪流道的特種 加工方法及實施該加工方法的加工裝置。
背景技術(shù)：
隨著三元流理論及其相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，三元流葉輪在先進(jìn)透平壓縮機(jī)葉輪設(shè)訃中得 到越來越多的應(yīng)用。由于三元流理論設(shè)計更加接近流體相對于葉輪的真實運動，因此基于三 元流理論所設(shè)計、制造的葉輪具有更高的工作效率，對于節(jié)約能源，降低排污，具有十分重 要的意義，對于大流量、高能耗的透平機(jī)械，作用更加突出。
近二十年來，隨著設(shè)計、制造技術(shù)的發(fā)展，在二元流開式葉輪的基礎(chǔ)上，增加設(shè)計了輪 蓋，將輪蓋與葉片、輪盤構(gòu)成為一個完全的整體結(jié)構(gòu)，即三元流閉式整體葉輪(附圖6);其 重要特點是三元流閉式葉輪輪蓋外型面與壓縮機(jī)殼體旋轉(zhuǎn)面之間的規(guī)律配合替代了三元流開 式葉輪葉片外緣面與壓縮機(jī)殼體旋轉(zhuǎn)面之間的配合，如此可極大降低葉尖漏氣損失，從而使 葉輪工作效率大大提高；同時，輪蓋與葉片、輪盤整體構(gòu)成了一個框架結(jié)構(gòu)，也將大大提高 葉輪強(qiáng)度和剛性，不僅可大大提高葉輪極限轉(zhuǎn)速，同時還提高工作可靠性和使用壽命。
由于三元流閉式葉輪具有上述突出優(yōu)點而期望得到推廣應(yīng)用，但由于其葉片型面復(fù)雜， 壁薄而在加工過程容易產(chǎn)生變形使得其三兀流葉片、或者說三元流葉片及盤、蓋型面所形成 的葉間流道的加工非常困難，已經(jīng)成為當(dāng)今世界先進(jìn)制造領(lǐng)域都在力求解決、但還沒有解決 好的制造技術(shù)難題。
已有的三元流閉式葉輪制造方法包括整體鑄造法和三大件或兩大件焊接法，其中三大件 焊接法制造三元流閉式葉輪的主要工藝過程是用薄的合金鋼板壓制出成型的葉片，然后再 分別與輪蓋或輪盤焊接成整體葉輪；而兩大件焊接法制造三元流閉式葉輪的主要工藝過程是 鍛造并加工出開式整體葉輪，再與輪盤焊接成整體葉輪；因此，無論是二大件焊接法還是兩 大件焊接法，其最終都要通過焊接才能加工出三元流閉式葉輪，而葉片在焊接過程中都有回 彈變形，需要在工序中間或最后安排必要的熱處理工序以均勻材料組織和消除加工過程中產(chǎn) 生的變形及切削應(yīng)力，或者最后還要安排葉片型面精密修整、拋光丄序，故對于這兩種加工 方法，生產(chǎn)丄序較為繁瑣，且精度不一定能達(dá)到要求，因為三大件或兩大件焊接法本質(zhì)上還 稱不上整體制造，為了避開整體加工葉間流道這一技術(shù)難題，其過程是先分體加工三大件(輪盤、葉片、輪蓋)或兩大件(輪盤與葉片成一整體的開式整體葉輪、輪蓋)，然后再將三大件 (或兩大件)焊接成一整體；盡管采用了高精度專用焊接夾具，依然難于獲得高精度；而且 在焊接過程中可能產(chǎn)生的熱變形、熱應(yīng)力、甚至可能產(chǎn)生的裂紋，都會嚴(yán)重影響使用壽命和 工作可靠性，特別對于那些直徑小、葉片薄的小型三元流閉式葉輪，三大件(或兩大件)焊 接方法更難達(dá)到設(shè)計使用要求。
鑄造法制造三元流閉式葉輪是真正的整體制造方法，但鑄造法難于獲得高精度，對于那 些不能鑄造的高強(qiáng)合金材料的整體葉輪也不適用。
新近發(fā)展了數(shù)控銑削整體加工三元流閉式葉輪的方法，已經(jīng)掌握了相關(guān)編程、刀具和切 削工藝參數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，其主要工藝過程是閉式葉輪鍛件—數(shù)控車削葉輪中心定位孔—數(shù) 控車削葉輪上下端面及內(nèi)外型面4分別從葉間流道進(jìn)出口端數(shù)控銑削葉間通道(按粗、精加 工工序安排)，則由此可知，該方法對于那些葉片型面復(fù)雜、彎扭程度大、或者葉間流道尺寸 小的三元流閉式葉輪，不可避免地在銑削葉間流道的過程容易產(chǎn)生刀具干涉、過切而不能實 現(xiàn)流道的整體加工；同時對于那些難切削高強(qiáng)合金材料制成的三元流閉式葉輪，數(shù)控銑削也 很困難、甚至也不能加工，不僅加工效率低、制造成本高，而且也難于獲得高精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，其通過采 用專門設(shè)計制造的成型或近成型陰極進(jìn)行數(shù)控電解加工而去除大部分余量；然后再采用專門 設(shè)計制造的成型或近成型工具電極進(jìn)行數(shù)控電火花精密加工而達(dá)到設(shè)計要求；如此不僅能夠 加工那些由于數(shù)控銑削刀具干涉、過切而不能加工的三元流閉式葉輪葉間流道，而且比較己 有的整體鑄造、分體加工再焊接、以及數(shù)控銑削三種制造方法，還具有高精度、高效率、低 成本的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點。
為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采用以下的技術(shù)方案
一種加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，包括以下加工步驟(1)鍛造毛坯；(2)粗 車葉輪中心定位孔以及內(nèi)、外型面；(3)數(shù)控車加工葉輪中心定位孔及內(nèi)外型面、上下端面； (4)以葉輪中心孔中心定位并進(jìn)行分度，依照葉輪需要加工的三元流道角向位置要求，逐個 分度鉆削直徑逐段增大的臺階形預(yù)孔；(5)采用數(shù)控電解加工對第(4)步驟獲得的臺階形預(yù) 孔進(jìn)行再加工，且所述的數(shù)控電解加工運用一個以上的工具陰極，在對應(yīng)的加工軌跡運動數(shù) 控程序的控制下完成三元流道的預(yù)加工；(6)采用數(shù)控電火花加工已完成預(yù)加工的三元流道， 且所述數(shù)控電火花加工采用一個以上的工具電極，在對應(yīng)的加工軌跡運動數(shù)控程序的控制下 完成三元流閉式葉輪的葉間通道，同時達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計精度要求。所述數(shù)控電火花加工包括數(shù)控電火花粗加工、數(shù)控電火花半精加工以及數(shù)控電火花精加 工，每一個工序皆采用不同的工具電極，且每一個工序皆釆用一個以上的工具電極。
所述數(shù)控電解加工采用兩個以上的工具陰極對臺階形預(yù)孔進(jìn)行再加工，以分別從流道出 口和從流道進(jìn)口逐漸切入，直到兩面切入加工的三元流道連通后才完成整個流道的預(yù)加工。
所述數(shù)控電火花加工采用兩個以上的工具電極進(jìn)行三元流道的加工，以分別從流道出口 和從流道進(jìn)口逐漸切入，直到切入加工的三元流道連通且各型面達(dá)到設(shè)計要求后才完成整個 流道的加工。
所述數(shù)控電火花加工的工具電極通過以下方式建立三維模型以葉輪中軸、底面、定位 銷孔建立三維坐標(biāo)系砂z，對三元流道進(jìn)行合理的區(qū)域劃分，確定電極的數(shù)量和各自加工區(qū)域， 采用等間隙法，假設(shè)電火花加工平均間隙為A對各區(qū)域三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到型面 上的數(shù)值點集尸,，&的法矢為"p,，則可得到對應(yīng)的點集&,=尸,-、,，如果已知A坐標(biāo)為x,， 乂， z,， "0={"P,， ~,， &}，則/^的坐標(biāo)值可表達(dá)如下式
《,={x,-3 ,1 1 ， O ,I" ， ,I" } (6)
/、+^+z" vx"+y"+z" vx"+y"+z"
以型值點坐標(biāo)集尸w,.在數(shù)字化建模軟件平臺上實現(xiàn)該數(shù)控電火花加工成型工具電極的三維造型。
所述數(shù)控電火花半精加工的平均間隙取值0.10mm-0.25mm;精加工取0.01mm-0.05mm。
所述數(shù)控電解加工的工具陰極通過以下方式建立三維模型以葉輪中軸、底面、定位銷 孔建立三維坐標(biāo)系xj;z，用層切法采集葉盆、葉背型面數(shù)值點，即在z向上取其型腔的若干個 截面z, (z'=l， 2，……，N,為滿足精度要求，N>50)，采用有限元方法將下述方程式(1) (5) 離散化為線性方程組，求解即可得到加工間隙中等位面函數(shù)0。Oc，力的遞推式，從而得到一 族陰極邊界型值點；然后根據(jù)各層z,值得到陰極輪廓空間型值點坐標(biāo)集/Mx,，力，&}，在數(shù) 字化建模軟件平臺上實現(xiàn)工具陰極的三維造型；
^ + ^ = 0在間隙 (1)
0 = 0 在陰極邊界 (2)
# = 在陽極邊界 (3)
M = !cose 在陽極邊界 (4) ，A:
9x
+
崎—2培鈞 (5)
式中，0為電勢， 〃為施加在工件陽極上的電壓； 〃為陰極進(jìn)給速度；"為電流效率；"為體積電化學(xué)當(dāng)量；々為電解液電導(dǎo)率；e為工件陽極法向與陰極進(jìn)給方向的夾角。
所述工具陰極以及工具電極的加工運動軌跡皆滿足
u (gu/)7; (7)
/=。 j
式中，5".Vx,， "， &，疋/為理論型腔外廓點域；J.'/a，力，&，《乂為預(yù)留精加工余 量點域；C.'fe， k， &， ^乂為工具陰極或工具電極的外廓點域；/.Va，乃，&， Wy 7為加工 間隙的外廓點域；r,為工具陰極或工具電極運動到第/步時的運動變換。根據(jù)滿足式(7)要求 和使工具陰極或工具電極運動包絡(luò)面區(qū)域最小的原則，對運動軌跡進(jìn)行修正，并確定出每一 步機(jī)床各軸的運動量Jx,， 4Vi， Jz,，從而編制數(shù)控程序。
根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)以下的有益效果
1. 數(shù)控電解加工以及數(shù)控電火花加工都是非接觸式加工，避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用銑削加 工三元流道時，由于三元流葉片的彎、扭及構(gòu)形復(fù)雜所產(chǎn)生的刀具干涉，以及極易產(chǎn)生加工 盲點的現(xiàn)象，另外，預(yù)加工采用數(shù)控電解加工完成，充分發(fā)揮電解加工速度快而可以得到整
個葉輪加工的高效率；而在半精和精加工階段由數(shù)控電火花加工完成，可以保證精密加工階 段的高精度和高穩(wěn)定性，數(shù)控電解和數(shù)控電火花加工的有序組合，相互取長補(bǔ)短，相得益彰；
2. 根據(jù)三元流道的彎、扭及構(gòu)形狀況，先后采用一個以上的工具陰極、工具電極分別進(jìn) 行數(shù)控電解加工、數(shù)控電火花加工，以完成整個三元流道的加工；
3. 基于電解、電火花的加工原理，其加工難易程度、加工速度與材料的強(qiáng)度、硬度無關(guān)， 對于任何高強(qiáng)、高硬合金材料，都可以同樣達(dá)到高精度、高效率、高穩(wěn)定性加工要求，可以 優(yōu)質(zhì)、高效、低成本解決前述鑄造法、焊接法、數(shù)控銑削法都難以解決或不能解決的高強(qiáng)、 高硬合金材料制成的、復(fù)雜幾何造型的三元流閉式葉輪葉間流道的加工難題。
本發(fā)明的另一技術(shù)目的是提供實施上述方法的數(shù)控電解加工和數(shù)控電火花加工夾具 所述的數(shù)控電解加工夾具，包括底板、垂直于底板且與底板中心孔配合的中心定位軸， 還包括平行于底板設(shè)置的第一陰極連桿及與其輸出端連接的第一陰極、垂直于底板設(shè)置的第 二陰極連桿及與其輸出端連接的第二陰極以及連接于中心定位軸上的分度盤，所述分度盤上 同軸設(shè)置一待加工三元流閉式葉輪，且待加工三元流閉式葉輪與分度盤之間還連接定位銷， 同時沿分度盤徑向設(shè)置有分度銷，所述分度銷定位設(shè)置在固定連接于底板上的分度銷定位塊 中，而該待加工三元流閉式葉輪上則同軸連接導(dǎo)電塊，另外，還設(shè)置一將導(dǎo)電塊、待加工三 元流葉輪以及分度盤壓設(shè)在底板上的壓緊裝置，所述底板上還固定連接有背壓腔，所述第一 陰極和第一陰極連桿的連接端位于背壓腔內(nèi)，所述背壓腔的一敞口端與第一陰極連桿配合連 接，而另一敞口端面則與三元流葉輪的外緣面配合連接，且第一陰極與從葉輪外緣面切入加工的流道型腔對應(yīng)而所述第二陰極與從葉輪內(nèi)型面切入加工的流道型腔對應(yīng)。
電火花加工立式夾具，包括底座以及與底座垂直連接的支架，所述支架上橫向設(shè)置主定位軸，主定位軸上依次順序同軸定位連接分度盤、待加工三元流閉式葉輪和導(dǎo)電壓塊，所述導(dǎo)電壓塊外側(cè)還設(shè)置一將導(dǎo)電壓塊向待加工三元流閉式葉輪壓緊的固緊裝置，且分度盤和待加工三元流閉式葉輪之間連接定位銷，所述分度盤外周沿徑向設(shè)置有可插入分度銷的分度槽，所述分度銷定位設(shè)置在固定連接于支架上的分度銷定位塊中，所述工具電極定位安裝在電極座上，所述電極座定位安裝于數(shù)控電火花加工機(jī)床主軸的電極夾頭。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)以下的有益效果
1. 本發(fā)明所用的電解加工夾具由于采用背壓腔，使得經(jīng)由被加工流道加工間隙中噴流出的電解液不是直接噴入大氣，而是先噴入背壓腔而使得流道加工間隙出口處產(chǎn)生高于大氣壓力的背壓，如此設(shè)計， 一方面使得整個加工過程中流場均勻、穩(wěn)定，另一方面也可以避免缺液而防止火花短路發(fā)生，即讓整個加工過程穩(wěn)定而連續(xù)；
2. 本發(fā)明所述的電火花加工夾具采用立式，與臥式夾具相比，可以避免整個夾具浸于工作液中，更加方便加工時的分度和調(diào)整。


圖1為本發(fā)明的加工流程圖2、圖3是本發(fā)明數(shù)控電解加工夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4、圖5是本發(fā)明數(shù)控電火花加工夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是利用本發(fā)明提供的加工方法所加工出的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
如圖1所示，本發(fā)明所述的加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，包括以下加工步驟(1)鍛造毛坯；(2)粗車葉輪中心定位孔以及內(nèi)、外型面；(3)數(shù)控車加工葉輪中心定位孔及內(nèi)外型面、上下端面；(4)以葉輪中心孔中心定位并進(jìn)行分度，依照葉輪需要加工的三元流道角向位置要求，逐個分度鉆削直徑逐段增大的臺階形預(yù)孔；(5)采用數(shù)控電解加工對第(4)步驟獲得的臺階形預(yù)孔進(jìn)行再加工，且所述的數(shù)控電解加工運用一個以上的工具陰極，在對應(yīng)的加工軌跡運動數(shù)控程序的控制下完成三元流道的預(yù)加工；(6)采用數(shù)控電火花加工已完成預(yù)加工的三元流道，且所述數(shù)控電火花加工采用一個以上的工具電極，在對應(yīng)的加工軌跡運動數(shù)控程序的控制下完成如圖6所示的三元流閉式葉輪的葉間通道，同時達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計精度要求。所述數(shù)控電火花加工包括數(shù)控電火花粗加工、數(shù)控電火花半精加工以及數(shù)控電火花精加工，每一個工序皆采用不同的工具電極，且每一個工序皆采用一個以上的工具電極。
所述數(shù)控電解加工采用兩個以上的工具陰極對臺階形預(yù)孔進(jìn)行再加工以基本達(dá)到流道形狀和尺寸， 一般為后續(xù)電火花精密加工留0.5mm 0.7mm的余量，所述工具陰極分別從流道出口和從流道進(jìn)口逐漸切入，即分別從葉輪內(nèi)型面和葉輪外緣逐漸切入，直到兩面切入加工的三元流道連通后才完成整個流道的再加工；而對于那些彎扭特別利害的三元流道，不僅需要從兩面切入加工，而且還需要采用多個工具電極以進(jìn)行不同的數(shù)控運動，加工出多個流道的組合，才能得到符合設(shè)計要求的整個三元流道，或者說才能得到符合設(shè)計要求的葉片盆、背型面、以及輪盤、輪蓋旋轉(zhuǎn)型面。
所述數(shù)控電火花加工采用兩個以上的工具電極進(jìn)行三元流道的加工，以分別從流道出口和從流道進(jìn)口逐漸切入，直到兩面切入加工的三元流道連通，并達(dá)到流道形狀、尺寸和精度要求后才完成整個流道的加工。
所述數(shù)控電火花加工的工具電極通過以下方式建立三維模型以葉輪中軸、底面、定位銷孔建立三維坐標(biāo)系對三元流道進(jìn)行合理的區(qū)域劃分，確定電極的數(shù)量和各自加工區(qū)域，采用等間隙法，假設(shè)電火花加工平均間隙為A對各區(qū)域三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到型面上的數(shù)值點集A， A的法矢為 ,則可得到對應(yīng)的點集A尸iV3 ,如果已知尸,坐標(biāo)為jc,， 乂，z,， "^={ap,， ^， &}，則P",的坐標(biāo)值可表達(dá)如下式
Vx +y"+z" V^+凡+z"以型值點坐標(biāo)集i^在數(shù)字化建模軟件平臺上實現(xiàn)該數(shù)控電火花加工成型工具電極的三維造型。
所述數(shù)控電火花半精加工的平均間隙取值0.10mm-0.25mm;精加工取0.01mm-0.05mm，
對于精度高、表面粗糙度低的加工，所取的加工間隙應(yīng)該相應(yīng)地較小。
所述數(shù)控電解加工的工具陰極通過以下方式建立三維模型以葉輪中軸、底面、定位銷孔建立三維坐標(biāo)系xj;z，用層切法采集葉盆、葉背型面數(shù)值點，即在z向上取其型腔的若干個截面& (/=1， 2，……，N,為滿足精度要求，N〉50)，采用有限元方法將下述方程式(1) (5)離散化為線性方程組，求解即可得到加工間隙中等位面函數(shù)^。(x，力的遞推式，從而得到一族陰極邊界型值點；然后根據(jù)各層z,值得到陰極輪廓空間型值點坐標(biāo)集iM^， 乂， z,}，在數(shù)字化建模軟件平臺上實現(xiàn)工具陰極的三維造型；<formula>formula see original document page 11</formula>
式中，^為電勢， 〃為施加在工件陽極上的電壓；"為陰極進(jìn)給速度；"為電流效率；
"為體積電化學(xué)當(dāng)量；a為電解液電導(dǎo)率；9為工件陽極法向與陰極進(jìn)給方向的夾角。
所述工具陰極以及工具電極的加工運動軌跡皆滿足-
<formula>formula see original document page 11</formula>
式中，5V,z,，力，&，疋乂為理論型腔外廓點域；」d， k， & ，疋乂為預(yù)留精加工余 量點域；力，&， A^為工具陰極或工具電極的外廓點域；丄',工，力，z,，疋/為加工 間隙的外廓點域；7>為工具陰極或工具電極運動到第/歩時的運動變換。根據(jù)滿足式(7)要求 和使工具陰極或工具電極運動包絡(luò)面區(qū)域最小的原則，對運動軌跡進(jìn)行修正，并確定出每一 歩機(jī)床各軸的運動量Jx,， 4yi， J&，從而編制數(shù)控程序。
另外，如圖2和圖3所示，本發(fā)明所述的用于實施上述加工方法的數(shù)控電解夾具，包括 底板16、垂直于底板16且與底板16中心孔配合的中心定位軸17，還包括平行于底板16設(shè) 置的第一陰極連桿1及與其輸出端連接的第一陰極5、垂直于底板16設(shè)置的第二陰極連桿11 及與其輸出端連接的第二陰極8以及連接于中心定位軸17上的分度盤6，所述分度盤6上同 軸設(shè)置一待加工三元流閉式葉輪7，且待加工三元流閉式葉輪7與分度盤6之間還連接定位 銷12，同時沿分度盤6的徑向設(shè)置有分度銷15，所述分度銷15定位設(shè)置在固定連接于底板 16上的分度銷定位塊14中，而該待加工三元流閉式葉輪7上端同軸連接導(dǎo)電塊10，另外， 還設(shè)置一將導(dǎo)電塊10、待加工三元流閉式葉輪以及分度盤6緊壓在底板16上的壓緊裝置， 該壓緊裝置包括將導(dǎo)電塊10壓緊在待加工三元流閉式葉輪7上、并穿過中心定位軸17的壓 緊螺釘9以及通過螺栓將待加工三元流閉式葉輪7、分度盤6緊壓在底板16上的壓板13，所 述壓緊螺釘9將導(dǎo)電塊10壓緊在待加工三元流閉式葉輪7上端面從而導(dǎo)通電解加工電流，所 述底板16上還固定連接有背壓腔，該背壓腔包括固定連接在底板16上的背壓腔底座3和與 該背壓腔底座連接的背壓腔上蓋4，所述第一陰極5和第一陰極連桿1的連接端位于背壓腔 內(nèi)，所述背壓腔的一敞口端與第一陰極連桿1配合連接，且該敞口端設(shè)置密封圈2，而另一 敞口端面則與三元流閉式葉輪7的外緣面配合連接，且第一陰極5與從葉輪外緣面切入加工的流道型腔對應(yīng)而所述第二陰極8與從葉輪內(nèi)型面切入加工的流道型腔對應(yīng)。
如圖4和圖5所示，本發(fā)明所述的用于實施上述加工方法的數(shù)控電火花夾具，包括底座 8'以及與底座8，垂直連接的支架9'，所述支架9'上橫向設(shè)置主定位軸10'，主定位軸10'上依 次順序同軸定位連接分度盤3'、待加工三元流閉式葉輪4'和導(dǎo)電壓塊7'，所述導(dǎo)電壓塊7'. 外側(cè)還設(shè)置一將導(dǎo)電壓塊7，向待加工三元流閉式葉輪4'壓緊的固緊裝置，所述固緊裝置為 一螺釘6'，且分度盤3，和待加工三元流閉式葉輪4'之間連接定位銷5'，所述分度盤3'的外
周依據(jù)閉式葉輪葉間通道的角向分度要求沿徑向設(shè)計制造有可插入分度銷l'的分度槽，所述 分度銷1，定位設(shè)置在固定連接于支架9'上的分度銷定位塊2'中，使用時，將設(shè)置在固定于支 架9，上的分度銷定位塊2'中的分度銷1'插入分度盤3'外周上的分度槽以進(jìn)行逐個葉間通道
的加工，所述工具電極12'定位安裝在電極座ir上，所述電極座ir定位安裝于數(shù)控電火花 加工機(jī)床主軸的電極夾頭。
權(quán)利要求
1.一種加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，其特征在于，包括以下加工步驟(1)鍛造毛坯；(2)粗車葉輪中心定位孔以及內(nèi)、外型面；(3)數(shù)控車加工葉輪中心定位孔及內(nèi)外型面、上下端面；(4)以葉輪中心孔中心定位并進(jìn)行分度，依照葉輪需要加工的三元流道角向位置要求，逐個鉆削直徑逐段增大的臺階形預(yù)孔；(5)對第(4)步驟所得的臺階形預(yù)孔再進(jìn)行數(shù)控電解加工，且所述的數(shù)控電解加工運用一個以上的工具陰極，在對應(yīng)的加工軌跡運動數(shù)控程序的控制下完成三元流道的預(yù)加工；(6)采用數(shù)控電火花加工已完成第(5)步驟預(yù)加工的三元流道，且所述數(shù)控電火花加工采用一個以上的工具電極，在對應(yīng)的加工軌跡運動數(shù)控程序的控制下完成三元流閉式葉輪的葉間通道，同時達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計精度要求。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，其特征在于，所述數(shù)控電火花 加工包括數(shù)控電火花粗加工、數(shù)控電火花半精加工以及數(shù)控電火花精加工，每一個工序皆 采用不同的工具電極，且每一個工序皆采用一個以上的工具電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，其特征在于，所述數(shù)控電解加 工采用兩個以上的工具陰極對臺階形預(yù)孔進(jìn)行預(yù)加工，其分別從流道出口和從流道進(jìn)口逐 漸切入，直到切入加工的三元流道連通后才完成整個流道的預(yù)加工。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，其特征在于，所述數(shù)控電 火花加工采用兩個以上的工具電極進(jìn)行三元流道的加工，以分別從流道出口和從流道進(jìn)口 逐漸切入，直到切入加工的三元流道連通并達(dá)到流道形狀、尺寸和精度要求后才完成整個 流道的加工。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，其特征在于，所述數(shù)控電火花 加工的工具電極通過以下方式建立三維模型以葉輪中軸、底面、定位銷孔建立三維坐標(biāo) 系x^，對三元流道進(jìn)行合理的區(qū)域劃分，確定電極的數(shù)量和各自加工區(qū)域，采用等間隙 法，假設(shè)電火花加工平均間隙為A對各區(qū)域三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到型面上的數(shù)值 點集Pi， A的法矢為"p,，則可得到對應(yīng)的點集P"產(chǎn)iV^p,,如果已知尸,坐標(biāo)為x,， "， &， ，cp,}，則戶 ,的坐標(biāo)值可表達(dá)如下式<formula>formula see original document page 2</formula>Vx"+a+z" Vx"+a+z Vx"+a+z" 以型值點坐標(biāo)集A,在數(shù)字化建模軟件平臺上實現(xiàn)該數(shù)控電火花加工成型工具電極的三維造型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，其特征在于，所述數(shù)控電火花 半精加工的平均間隙取值0.10mm-0.25mm;精加工取0.01mm-0.05mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，其特征在于，所述數(shù)控電解加工的工具陰極通過以下方式建立三維模型以葉輪中軸、底面、定位銷孔建立三維坐標(biāo)系jcyz，用層切法采集葉盆、葉背型面數(shù)值點，即在z向上取其型腔的若千個截面z,，其中， /=1， 2，……，N，為滿足精度要求，N〉50，采用有限元方法將下述方程式(1) (5)離散化 為線性方程組，求解即可得到加工間隙中等位面函數(shù)^。Oc，力的遞推式，從而得到一族陰 極邊界型值點；然后根據(jù)各層z,值得到陰極輪廓空間型值點坐標(biāo)集iMx,， 乂， z,}，在數(shù)字 化建模軟件平臺上實現(xiàn)工具陰極的三維造型；^ + ^ = 0在間隙 (1) '0 = 0 _ t>，A:1在陰極邊界 (2)在陽極邊界 (3)在陽極邊界 (4)ckd_y —2徵一 (5)+2式中，^為電勢，"為施加在工件陽極上的電壓；"為陰極進(jìn)給速度；"為電流效率；" 為體積電化學(xué)當(dāng)量；A為電解液電導(dǎo)率；《為工件陽極法向與陰極進(jìn)給方向的夾角。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法，其特征在于，所述工具陰極以 及工具電極的加工運動軌跡皆滿足S-A= U (GU/)7; (7)式中，5V/x，力，&，疋乂為理論型腔外廓點域；4z,A，力，&，疋乂為預(yù)留精加工余 量點域；。/X,，乃，Z,， Ay為工具陰極或工具電極的外廓點域；夂，&，《乂為加工間隙的外廓點域；7>為工具陰極或工具電極運動到第/步時的運動變換。根據(jù)滿足式(7) 要求和使工具陰極或工具電極運動包絡(luò)面區(qū)域最小的原則，對運動軌跡進(jìn)行修正，并確定 出每一步機(jī)床各軸的運動量z(Xi， 4Vi， dA，從而編制數(shù)控程序。
9. 一種用于實施權(quán)利要求1所述的加工三元流閉式葉輪葉間通道方法的電解加工夾具，包括 底板、垂直于底板且與底板中心孔配合的中心定位軸，其特征在于，還包括平行于底板設(shè) 置的第一陰極連桿及與其輸出端連接的第一陰極、垂直于底板設(shè)置的第二陰極連桿及與其 輸出端連接的第二陰極以及連接于中心定位軸上的分度盤，所述分度盤上同軸設(shè)置一待加工三元流閉式葉輪，且待加工三元流閉式葉輪與分度盤之間還連接定位銷，同時沿分度盤 徑向設(shè)置有分度銷，所述分度銷定位設(shè)置在固定連接于底板上的分度銷定位塊中，而該待 加工三元流閉式葉輪上則同軸連接導(dǎo)電塊，另外，還設(shè)置一將導(dǎo)電塊、待加工三元流葉輪 以及分度盤壓緊在底板上的壓緊裝置，所述底板上還固定連接有背壓腔，所述第一陰極和 第一陰極連桿的連接端位于背壓腔內(nèi)，所述背壓腔的一敞口端與第一陰極連桿配合連接， 而另一敞口端面則與三元流葉輪的外緣面配合連接，且第一陰極與從葉輪外緣面切入加工的流道型腔對應(yīng)而所述第二陰極與從葉輪內(nèi)型面切入加工的流道型腔對應(yīng)。
10.—種用于實施權(quán)利要求1所述的加工三元流閉式葉輪葉間通道方法的電火花加工立式夾 具，其特征在于，包括底座以及與底座垂直連接的支架，所述支架上橫向設(shè)置主定位軸， 主定位軸上依次順序同軸定位連接分度盤、待加工三元流閉式葉輪和導(dǎo)電壓塊，所述導(dǎo)電 壓塊外側(cè)還設(shè)置一將導(dǎo)電壓塊向待加工三元流閉式葉輪壓緊的固緊裝置，且分度盤和待加 工三元流閉式葉輪之間連接定位銷，所述分度盤外周沿徑向設(shè)置有用于放置分度銷的分度 槽，且所述分度銷定位設(shè)置在固定連接于支架上的分度銷定位塊中，所述工具電極定位安 裝在電極座上，所述電極座定位安裝于數(shù)控電火花加工機(jī)床主軸的電極夾頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加工三元流閉式葉輪葉間通道的方法及其專用夾具，其通過采用專門設(shè)計制造的成型或近成型工具陰極進(jìn)行數(shù)控電解加工而去除大部分余量；然后再采用專門設(shè)計制造的成型或近成型工具電極進(jìn)行數(shù)控電火花精密加工而達(dá)到設(shè)計要求；如此不僅能夠加工那些由于數(shù)控銑削刀具干涉、過切而不能加工的三元流閉式葉輪葉間流道，而且比較已有的整體鑄造、分體加工再焊接、以及數(shù)控銑削三種制造方法，還具有高精度、高效率、低成本的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點。
文檔編號B23P15/02GK101524805SQ20091003071
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者辰 劉, 銳 吳, 徐家文, 趙建社, 陳建寧 申請人:南京航空航天大學(xué)