專利名稱：用于帶葉片圓盤幾乎成形的快速粗加工的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種電加工方法，并且更加特別地涉及一種裝置，該裝置可用于對裝有葉片的圓盤(或所謂的帶葉片圓盤)的翼片粗加工至接近最后成形的形狀，與車削、銑削、EDM(放電加工)或ECM(電化學(xué)加工)相比，該裝置具有較高的金屬切削率和較低的刀具加工成本。
背景技術(shù)：
電加工是一種利用具有型面形狀的電極的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由控制的電腐蝕來從工件上切削掉材料的技術(shù)。這種加工方法的運(yùn)動原理與銑削或者磨削類似。工具電極和工件分別與脈沖發(fā)生器或連續(xù)直流電源的負(fù)極和正極相連。電極間的間隙用于電解質(zhì)的流動。
電腐蝕可由電解液或者產(chǎn)生于加工表面蒸汽氣體層的電擊穿形成，也可以由電極間的瞬間電弧放電或瞬時短路來形成。在所有的這些情況中，起決定作用的因素是腐蝕過程中的電流和持續(xù)時間。然而，加工表面的電腐蝕是一個相對過程，并且在腐蝕區(qū)域內(nèi)會形成許多凹痕。因此，這種技術(shù)不能用于生產(chǎn)需精細(xì)加工的工件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面披露的是一種用于加工帶葉片圓盤上的翼片的裝置，其包括被支承為可繞軸旋轉(zhuǎn)并且適用于電加工過程的環(huán)形切削元件。
本發(fā)明的第二方面披露的是一種用于加工帶葉片圓盤上的翼片的方法，其包括以下步驟驅(qū)動環(huán)形切削元件繞其軸旋轉(zhuǎn)；為環(huán)形切削元件供電；在環(huán)形切削元件之間的極間間隙中提供電解質(zhì)；使用可編程控制的裝置在多個彼此相對的方向上移動環(huán)形切削元件，并從工件上腐蝕掉材料以形成帶葉片圓盤。
本發(fā)明的第三方面披露的是一種用于加工帶葉片圓盤上的翼片的裝置，其包括用于驅(qū)動環(huán)形切削元件繞其軸旋轉(zhuǎn)的裝置；用于為環(huán)形切削元件供電的裝置；用于在極間間隙中提供流體的裝置；以及使用可編程控制的裝置在多個彼此相對的方向上移動環(huán)形切削元件，并從工件上腐蝕掉材料以形成帶葉片圓盤的裝置。


圖1是示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的透視圖。
圖2是描繪了本發(fā)明第二實(shí)施例的示意透視圖。
圖3是示意的示出了環(huán)形切削元件的透視圖，該環(huán)形切削元件上具有用于控制電弧放電的細(xì)槽和用于輸送流體的通道結(jié)構(gòu)。
零件列表切削工具100、圓環(huán)或環(huán)形刀具102、輸送口102P、細(xì)槽102S、C形支承板114、導(dǎo)向滾輪支座106、支承/平移組件108、驅(qū)動源110、電源單元112、電刷或?qū)щ姷臐L輪組件114、流體供給裝置116、倒置圓杯202。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明目的在于解決與制造例如裝有葉片的圓盤的部件以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)有關(guān)的加工難題。
飛機(jī)引擎和工業(yè)氣體渦輪機(jī)傳統(tǒng)上一直使用的是帶葉片的壓縮機(jī)圓盤，在這種圓盤中各個翼片通過螺母和螺栓錨固在開槽的中心保持件上。為了減少引擎中的空氣動力損失、引擎的重量以及復(fù)雜度，這種圓盤組件已經(jīng)由一件整體的裝有葉片的圓盤(也被稱之為帶葉片圓盤(blisk))所替代。在引擎中，一個帶葉片圓盤可以取代多達(dá)120個或更多的零件。
然而，帶葉片圓盤是不易于加工的。在制造帶葉片圓盤的過程中，通常是從最初為圓盤形狀的工件開始加工的。材料以如下方式去除以形成兩相鄰翼片上凸面和凹面之間的空腔。反復(fù)進(jìn)行該過程，直到所有的空腔都已經(jīng)完成，并且剩余的材料限定了預(yù)加工的翼片以及帶葉片圓盤的剩余部分時為止。
所披露的本發(fā)明的一些實(shí)施例針對減少加工帶葉片圓盤以及類似部件的難度和提高加工的效率。
更具體地說，本發(fā)明的這些實(shí)施例包括了在利用電加工方法從帶葉片圓盤的預(yù)制件上快速去除這些材料的方法和裝置。在圖1示出的第一個實(shí)施例中，通常以數(shù)字100表示的切削工具包括圓環(huán)或者說環(huán)形刀具102，該環(huán)形刀具102由例如低碳鋼的具有合適電導(dǎo)率的材料制成。該環(huán)形刀具102通過多個導(dǎo)向滾輪支座106可旋轉(zhuǎn)地支承于基本為C形的支承板104上。對環(huán)形刀具102的厚度、寬度以及直徑進(jìn)行選擇，使其可以如下方式加工出空腔剩余的材料(預(yù)成形翼片)接近于最后成形形狀，但留有一定的厚度余量以進(jìn)行精加工，并且不會切削成預(yù)成形件的精加工形狀。支承板的形狀不受所描述的構(gòu)造的限制，并且可以依據(jù)裝置所要執(zhí)行的加工任務(wù)進(jìn)行適當(dāng)修改。
利用支承/平移組件108來支承切削工具100并對其進(jìn)行位置控制，組件108可以是一可以買到的組件，并且該組件允許沿多個軸的運(yùn)動，例如沿4個軸的運(yùn)動。該支承/平移組件108最好包括由計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的(CNC)驅(qū)動器和控制器。該組件可實(shí)現(xiàn)沿X、Y、Z軸的運(yùn)動的控制并且可對Z軸運(yùn)動的進(jìn)刀速度進(jìn)行編程和控制。同樣也可以對X和Y軸的平移進(jìn)行編程、控制和添改。這樣可使得刀具環(huán)的內(nèi)徑(ID)或者外徑(OD)被切削為盡可能接近翼片的斷面輪廓，并留出一定的精加工余量。
如果有助于加工過程的話，還可以對工件施加附加的軸向運(yùn)動(即沿縱向軸的旋轉(zhuǎn)和傾斜)。由于切削工具是環(huán)形的，因而它具有圓形的中間開口，這樣它可以加工到工件的一些位置，例如那些平的無穿孔盤形切削元件所不可能加工到的位置。
環(huán)形刀具102沿W所示方向的旋轉(zhuǎn)被用來相對于固定的圓形板材、坯料或者工件提供切削動作。如圖1所示，利用環(huán)形刀具沿Z軸的平移來實(shí)現(xiàn)向下進(jìn)刀，同時在帶葉片圓盤的兩翼片之間在圓形板材上切削出細(xì)槽。利用沿X軸和Y軸的位置調(diào)整來得到粗加工翼片的所需曲率。
驅(qū)動源110為刀具環(huán)102提供旋轉(zhuǎn)動力，該驅(qū)動源110包括旋轉(zhuǎn)能量源，并且可裝有傳動裝置。旋轉(zhuǎn)源可以是具有速度控制器的電馬達(dá)。傳動裝置可以是類似于減速齒輪機(jī)構(gòu)的齒輪傳動裝置、皮帶傳動裝置或其它將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動從旋轉(zhuǎn)源傳遞給切削工具的裝置。
決定著切削表面速度的環(huán)形刀具102的旋轉(zhuǎn)速度可以由馬達(dá)的速度控制器和傳動裝置之一或者二者結(jié)合來設(shè)定和控制到一個合適的水平，如果優(yōu)選的話，該傳動裝置可裝設(shè)一可變速齒輪傳動裝置。
除以上所述之外，第一實(shí)施例還包括電源單元112，該電源單元112為環(huán)形刀具102提供適于電加工切削的電能?？梢酝ㄟ^電刷系統(tǒng)或者導(dǎo)電滾輪組件114來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)環(huán)102的電傳遞。
可以在環(huán)形刀具102的切削面上切割出細(xì)槽102S(見圖3)，這樣可以避免電加工切削過程中的持續(xù)電弧放電。將切削區(qū)域暴露出來從而切削液可以容易地從流體供給裝置116流入其中。該流體供給裝置包括用于引導(dǎo)流體流動的泵或類似部件。該流體可以是水、去離子水或者水狀電解質(zhì)溶液、懸浮液或者合適的電解材料/液體的混合物以及類似物。此處僅僅是為了舉例說明，可以使用NaNO2溶液、NaOH溶液或Na2CO3和NaNO2的混合物。
即使環(huán)形刀具座的設(shè)計(jì)沒有暴露出切削區(qū)域，也可以在環(huán)形刀具102中/上設(shè)置內(nèi)部通道(見圖3中與這種通道結(jié)構(gòu)有關(guān)的輸送口102P)來將足夠量的切削液輸送到切削區(qū)域。
還可實(shí)施其它的可替代結(jié)構(gòu)。例如，如圖2中所描繪的，本發(fā)明的第二實(shí)施例使用的是一倒置的圓杯(即中空的截錐構(gòu)造)202。如以上所披露的，具有馬達(dá)和/傳動裝置的驅(qū)動組件被設(shè)置成與杯的上端進(jìn)行驅(qū)動連接?？梢岳斫獾?，杯的開口端(刀刃)實(shí)質(zhì)上是一環(huán)形元件并且如結(jié)合第一個實(shí)施例(圖1)所披露的環(huán)形切削件一樣進(jìn)行切削動作。
雖然僅描述了本發(fā)明的有限個實(shí)施例，但仍應(yīng)當(dāng)明了，前面所披露的內(nèi)容將會給本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域或最接近技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員以啟示，使之在不超出所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)對本發(fā)明實(shí)施各種修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種用于加工帶葉片圓盤上的翼片的裝置，其包括環(huán)形切削元件(102，202)，所述環(huán)形切削元件可繞軸旋轉(zhuǎn)地被支承并且適用于電加工過程。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，環(huán)形切削元件包括倒置杯形構(gòu)件(202)的環(huán)形刀刃。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其還包括支承和平移裝置(108)，所述支承和平移裝置用于支承環(huán)形切削元件以及用于沿至少三個彼此相對的軸移動環(huán)形切削元件；與環(huán)形切削元件(102，202)操作地連接以便驅(qū)動環(huán)形切削元件(102)繞軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置(110)；以及與環(huán)形切削元件操作地連接的電源(112)。
4.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，其還包括為環(huán)形切削元件提供流體的流體供給裝置(116)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，流體供給裝置包括環(huán)形切削元件中的通道結(jié)構(gòu)，所述通道結(jié)構(gòu)適用于引導(dǎo)流體進(jìn)入切削區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，環(huán)形切削元件由成形的支承板(104)支承，并且可通過多個滾輪(106)支承成相對于其中旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，環(huán)形切削元件具有適于阻止環(huán)形切削元件與被環(huán)形切削元件切削的工件之間連續(xù)電弧放電的細(xì)槽(102S)。
8.一種用于加工帶葉片圓盤上的翼片的方法，包括以下步驟驅(qū)動環(huán)形切削元件(102)繞其軸旋轉(zhuǎn)；為環(huán)形切削元件(102)供電；為環(huán)形切削元件(102)提供流體；使用可編程控制的裝置在三個彼此相對的方向上移動環(huán)形切削元件(102)，并從工件上腐蝕掉材料以形成帶葉片圓盤。
9.一種用于加工帶葉片圓盤上的翼片的裝置，包括用于驅(qū)動環(huán)形切削元件繞其軸旋轉(zhuǎn)的裝置(110，106)；用于為環(huán)形切削元件供電的裝置(112，114)；用于為環(huán)形切削元件提供流體的裝置(116)；以及裝置(108)，該裝置(108)用于使用可編程控制的裝置在三個彼此相對的方向上移動環(huán)形切削元件，并從工件上腐蝕掉材料以形成帶葉片圓盤。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，其還包括細(xì)槽(102S)，該細(xì)槽(102S)形成于環(huán)形切削元件中，并用于阻止環(huán)形切削元件與工件之間的連續(xù)電弧放電。
全文摘要
一種環(huán)形或倒置杯形的切削元件被用作電加工的工具電極，從而將帶葉片圓盤上的翼片粗加工至接近于最后成形的形狀。切削元件由CNC(由計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的)驅(qū)動組件作用而圍繞帶葉片圓盤旋轉(zhuǎn)和定位。
文檔編號B23H9/10GK1511667SQ200310114720
公開日2004年7月14日 申請日期2003年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者B·魏, M·李, R·埃特林頓, M·蘭菲爾, B 魏, 亓侄, 貧 申請人:通用電氣公司