帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流-電解復合制孔方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電解復合制孔方法及裝置，其屬于特種加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著航空航天技術(shù)的高速發(fā)展，金屬材料的單獨使用已不能滿足在高溫環(huán)境下的使用要求。例如鎳基單晶葉片，需要通過采用氣膜冷卻結(jié)構(gòu)、表面制備熱障涂層等工序，提升渦輪葉片工作溫度。在燃氣渦輪發(fā)動機葉片表面涂覆陶瓷熱障涂層，能夠起到隔熱和降低葉片表面溫度的效果，是提高葉片耐高溫能力的重要技術(shù)之一。熱障涂層是一種不導電的陶瓷材料，一般通過等離子噴涂或物理氣相沉積方法制備在零件表層，厚度約為
0.1-0.2_。熱障涂層通常應用在航空發(fā)動機渦輪葉片、燃燒室壁、某些流道、喉管等處，上述金屬零件設(shè)計有大量小孔結(jié)構(gòu)，孔徑一般在0.3?3.0mm。
[0003]目前，在帶熱障涂層的金屬零件上進行制孔成為航空發(fā)動機制造企業(yè)面臨的一個難題。由于熱障涂層材料不導電，無法直接采用常規(guī)的電加工工藝(電火花或者電解)在此類金屬零件上進行制孔。針對該問題，目前采用的一種工藝為:在零件涂覆熱障涂層之前，預先加工出孔型，然后再涂覆熱障層，最后用微型鉆頭在相應孔位處去除熱障涂層，其工序復雜、效率低、質(zhì)量不易控制；另有一種加工工藝為:在葉片上先涂覆陶瓷熱障層，然后采用激光在相應打孔位置上去除熱障涂層，最后使用電加工技術(shù)進行打孔，工序也較為復雜、加工成本較高。
[0004]磨料水射流加工是一種新興的特種工藝，它利用水射流和磨粒動能的沖擊作用來去除材料，其優(yōu)勢在于:不受被加工材料導電性能的影響、無熱影響區(qū)、無熱變形、綠色環(huán)保，對各類熱敏、硬脆等難加工材料的加工具有獨特優(yōu)勢。電解加工利用金屬材料的陽極溶解而去除材料，加工區(qū)域無再鑄層、無殘余應力、無微觀裂紋，在航空發(fā)動機零件的小孔加工上得到廣泛應用。
[0005]綜合分析上述兩種特種加工工藝技術(shù)的特點，創(chuàng)新提出帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電解復合制孔方法，并發(fā)明設(shè)計了相應裝置。其工作原理如下:將工件及中空的工具電極裝夾定位之后，首先利用工具電極產(chǎn)生磨料水射流，利用磨料水射流的沖蝕作用去除工件表面不導電的熱障涂層，待金屬基體裸露后，無需改變零件裝夾、無需更換工具電極，再利用電解加工方法完成金屬基體的制孔。該加工方法工藝簡單，保證加工出的熱障涂層孔型與金屬基體孔型的位置重合，對解決航空航天領(lǐng)域廣泛存在的尺寸在0.3-3.0mm之間的帶熱障涂層金屬零件孔結(jié)構(gòu)的高效精密加工具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明提供一種熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電解復合制孔方法及裝置，能有效避免制孔過程中工件的二次裝夾，提高加工效率，保障加工質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電解復合制孔方法，其特征在于:包括如下步驟
[0008](I)關(guān)閉電源；
[0009](2)工件的安裝定位:將工件通過夾具安裝定位在工作臺上；
[0010](3)工具電極的安裝定位:將工具電極安裝定位在進液接頭上，通過伺服進給裝置調(diào)整進液接頭及工具電極的位置；
[0011](4)利用磨料水射流沖蝕工件表面不導電的熱障涂層，直至加工位置的金屬基體裸露，形成熱障涂層孔型；
[0012](5)開啟電源，利用電解加工金屬基體，直至金屬基體孔型完成。
[0013]進一步地，所述步驟(4)中:電磁閥接通磨料工作液箱、斷開電解工作液箱，啟動輸液泵，磨料工作液通過進液接頭進入中空的工具電極并輸出成為磨料水射流，磨料水射流沖蝕工件表面的熱障涂層，直至在熱障涂層上形成孔型、金屬基體裸露。
[0014]進一步地，所述步驟(5)中:通過伺服進給裝置調(diào)整進液接頭及工具電極的位置，保持輸液泵的啟動狀態(tài)，電磁閥接通電解工作液箱、斷開磨料工作液箱，電解工作液通過進液接頭進入中空的工具電極并輸出至工件表面，開啟電源，進行電解加工，伺服進給裝置控制進液接頭及工具電極的進給，直至完成金屬基體孔型的加工。
[0015]進一步地，所述磨料工作液為含有Al2O3或者SiC磨料l-10g/L的自來水或者超純水，磨料的粒徑為I μ m-20 μ m。
[0016]進一步地，所述電解工作液為中性鹽溶液。
[0017]本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案:一種帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電解復合制孔裝置，其包括工作臺、夾具、工具電極、進液接頭、伺服進給裝置、磨料工作液箱、電解工作液箱、輸液泵、電源，電磁閥、壓力調(diào)節(jié)裝置及輸液管，所述工件通過夾具安裝定位在工作臺上，所述工具電極安裝固定在進液接頭上，進液接頭布置在伺服進給裝置上，所述電源的正、負極分別與工件、工具電極連接，所述電磁閥為二進一出三通電磁閥，其中一個進液口與磨料工作液箱連接，另一個進液口與電解工作液箱連接，出液口與輸液泵的進液口連接，輸液泵的出液口與進液接頭連接，所述電磁閥控制進入輸液泵的工作液種類，在采用磨料水射流加工熱障涂層孔型時，電磁閥接通磨料工作液箱、斷開電解工作液箱，輸液泵輸運磨料工作液進入進液接頭，在采用電解加工金屬基體孔型時，電磁閥接通電解工作液箱、斷開磨料工作液箱，輸液泵輸運電解工作液進入進液接頭。
[0018]進一步地，所述工具電極為中空、外壁絕緣的金屬管。
[0019]進一步地，所述電源為直流電源或者直流脈沖電源。
[0020]本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明合理利用磨料水射流加工方法與電解加工方法的工藝特點，將這兩種加工工藝進行復合，首先利用磨料水射流的沖蝕作用加工工件表面不導電的熱障涂層孔型，再采用電解加工金屬基體孔型，工件及工具電極只需一次裝夾定位，加工出的熱障涂層孔型與金屬基體孔型的位置重合，工序簡單，加工質(zhì)量易于保證。
【附圖說明】
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[0021]圖1為本發(fā)明帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電解復合制孔裝置示意圖。
[0022]其中:
[0023]1-工作臺，2-夾具，3-工具電極，4-電源，5-進液接頭，6_伺服進給裝置，7_壓力調(diào)節(jié)裝置，8-電解工作液箱，9-電磁閥，10-磨料工作液箱，11-輸液泵，12-輸液管，13-工件，131-工件表面熱障涂層。
【具體實施方式】
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[0024]本發(fā)明帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電解復合制孔方法包括如下步驟:
[0025](I)關(guān)閉電源4;
[0026](2)工件13的安裝定位:將工件13通過夾具2安裝定位在工作臺I上；
[0027](3)工具電極3的安裝定位:將工具電極3安裝定位在進液接頭5上，通過伺服進給裝置6調(diào)整進液接頭5及工具電極3的位置(工具電極3的端面距離工件13表面10-20mm)；
[0028](4)利用磨料水射流加工熱障涂層孔型:電磁閥9接通磨料工作液箱10、斷開電解工作液箱8，啟動輸液泵11，磨料工作液通過進液接頭5進入中空