張明岐，張志金，黃明濤

（中航工業(yè)北京航空制造工程研究所，北京 100024）

張明岐

中航工業(yè)基礎(chǔ)院電加工技術(shù)首席專家，現(xiàn)為北京航空制造工程研究所電加工專業(yè)技術(shù)帶頭人，全國(guó)電化學(xué)加工委員會(huì)副主任。長(zhǎng)期從事電化學(xué)加工工藝與裝備技術(shù)研究工作，在高頻窄脈沖電解加工、電液束優(yōu)質(zhì)小孔加工、精密振動(dòng)電解加工技術(shù)等領(lǐng)域做出了突出的成績(jī)。近年來主持研究的多項(xiàng)技術(shù)成果推進(jìn)了國(guó)內(nèi)特種加工技術(shù)應(yīng)用，成為航空、航天、兵器等軍工領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)制孔、復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工等工藝的重要技術(shù)支撐。

整體葉盤結(jié)構(gòu)（Blisk）是第四代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的新型結(jié)構(gòu)件，其采用整體設(shè)計(jì)，將工作葉片和輪盤做成一體，沒有連接用的榫頭、榫槽以及鎖緊裝置，使零件數(shù)目大大減少。整體葉盤的采用減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪轉(zhuǎn)子的重量，消除了盤片分離式葉盤中氣流在榫根與榫槽間縫隙中逸流造成的損失，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率；避免了榫頭、榫槽連接部位的損傷而導(dǎo)致的隱患，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)工作的安全可靠性[1]。在整體葉盤的制造中，由于其幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料切削困難、加工去除比高，加工變形控制困難、加工效率低、加工成本高等已成為世界級(jí)的技術(shù)難題，其制造技術(shù)成為許多發(fā)達(dá)國(guó)家研究的重點(diǎn)，近年來開始快速發(fā)展。

國(guó)內(nèi)外整體葉盤制造技術(shù)發(fā)展

國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)整體葉盤制造路線一般為精鍛毛坯+精密加工或焊接毛坯+精密加工等。從整體毛坯到零件的制造過程中,材料切除率最大超過了90%[2]。在加工技術(shù)上，數(shù)控機(jī)械加工以其高精度、高可靠性、高度自動(dòng)化、快速響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，已成為整體葉盤的首要制造技術(shù)。有代表性的是美國(guó)GE和P&W公司、英國(guó)R- R公司等在研制整體葉盤時(shí),均采用了國(guó)際上最先進(jìn)的五坐標(biāo)數(shù)控加工技術(shù)[3]。采用的軟件是Concepts NREC公司推出的MAXCAM系統(tǒng)[4]。近年來，國(guó)外針對(duì)數(shù)控自適應(yīng)加工技術(shù)開展了大量研究工作。如美國(guó)GE、英國(guó)Delcam等公司通過對(duì)工件的在線測(cè)量，快速判斷工件形狀和余量分布，并根據(jù)理論數(shù)模與檢測(cè)數(shù)據(jù)重構(gòu)的數(shù)模進(jìn)行比較分析，自動(dòng)進(jìn)行加工裝夾定位[5]。

采用特種加工實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部位的加工，實(shí)現(xiàn)多工藝綜合制造，是整體葉盤制造技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)[6]。電解加工（ECM）作為一種高效成形方法，在葉片加工中已廣泛應(yīng)用。早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)GE公司就開始采用電解加工了T700、GE37/YF120、F414等發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤，實(shí)現(xiàn)了整體葉盤葉型及流道部分的粗、精加工，葉型加工精度達(dá)到了±0.1mm。與數(shù)控銑削相比，加工時(shí)間減少了50%～85%，同時(shí)還避免了在葉片加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力[1]。美國(guó)Teleflex Aerospace公司將五坐標(biāo)數(shù)控電解加工技術(shù)成功應(yīng)用于加工去除比更高的大型整體葉盤加工，其生產(chǎn)線專門為GE、R-R和P&W等公司加工大尺寸整體葉盤。荷蘭Philips Aerospace公司采用電解加工直徑達(dá)1.1m的整體葉盤，用于聯(lián)合攻擊機(jī)（JSF）的F136發(fā)動(dòng)機(jī)中，是目前軍機(jī)中最大的整體葉盤[7]。德國(guó)Teleflex Aerospace 采用電解加工+銑切的組合工藝加工整體葉盤，即先用電解加工葉片，再用數(shù)控銑削方法加工輪轂[8]。2007年，MTU與EMAG公司合作研制出了整體葉盤五坐標(biāo)精密振動(dòng)電解加工設(shè)備，該設(shè)備集成了具有世界領(lǐng)先水平的振動(dòng)進(jìn)給匹配技術(shù)、短路保護(hù)技術(shù)以及電解液精密過濾技術(shù)（圖1）。MTU公司的整體葉盤生產(chǎn)制造中心每年約有200個(gè)整體葉盤采用精密電解加工工藝進(jìn)行生產(chǎn)[9]。

國(guó)內(nèi)整體葉盤的加工多采用數(shù)控銑削加工，西北工業(yè)大學(xué)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)廠等單位開展數(shù)控銑削研究較早，解決了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括通道分析與加工區(qū)域的劃分、刀具行進(jìn)路線、最佳刀軸方向的確定與光順處理以及葉身型面的精確加工技術(shù)等[2]。近年來，國(guó)內(nèi)開展了自適應(yīng)加工技術(shù)在整體葉盤制造中的應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化檢測(cè)、模型重構(gòu)及配準(zhǔn)、裝夾定位及余量?jī)?yōu)化、數(shù)控加工等數(shù)字化制造領(lǐng)域多項(xiàng)技術(shù)的有機(jī)集成，已成為整體葉盤復(fù)合制造工藝背景下的一種系統(tǒng)解決方案[10]。

圖1 EMAG六軸精密振動(dòng)電解加工設(shè)備Fig.1 EMAG PECM machine with six axes

在電解加工技術(shù)上，國(guó)內(nèi)有北京航空制造工程研究所、南京航空航天大學(xué)等單位長(zhǎng)期進(jìn)行持續(xù)的系統(tǒng)研究。南京航空航天大學(xué)從20世紀(jì)80年代，電解加工技術(shù)上取得了“直線刃”陰極數(shù)控展成電解加工、成形或近成形陰極柔性電解加工的顯著成果[11-12]。近年來，南京航空航天大學(xué)利用多軸數(shù)控電解加工技術(shù)，解決了密集葉柵的開槽與葉型的精密成形難題。北京航空制造工程研究所近年來在大型電解加工設(shè)備和脈沖電解加工新技術(shù)方面有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，在最新的研究成果中，大容量高頻窄脈沖電解加工電源突破了斬波器件的局限，達(dá)到8000A，與先進(jìn)國(guó)家縮小了差距。最近時(shí)間，利用旋轉(zhuǎn)電解套料技術(shù)實(shí)現(xiàn)了整體葉盤的高效預(yù)加工，利用精密振動(dòng)電解加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整體葉盤葉型的精密加工，精度達(dá)到了±0.03mm，表面粗糙度達(dá)到了Ra0.6μm。在高溫合金、鈦合金整體葉盤的電解加工上取得了實(shí)質(zhì)性的突破。

整體葉盤關(guān)鍵制造技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)整體葉盤采用整體鍛造毛坯加工而成。一般分為粗加工、精加工、表面強(qiáng)化、光整加工等，涉及的主要加工工藝有常規(guī)車削、銑削，數(shù)控銑削，電解加工，激光強(qiáng)化，機(jī)械拋光，振動(dòng)光飾等，其中，整體葉盤葉型的加工難度最大、耗時(shí)最多，是需要重點(diǎn)攻關(guān)的課題。本文重點(diǎn)按葉型的各個(gè)加工階段進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 整體葉盤的高效預(yù)加工技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)整體葉盤一般采用高溫合金、鈦合金以及金屬間化合物等高強(qiáng)度材料，毛坯為整體鍛造件。材料難加工、葉間通道狹長(zhǎng)、開敞性差等因素制約了傳統(tǒng)機(jī)械加工的效率和經(jīng)濟(jì)性。國(guó)內(nèi)整體葉盤的粗加工主要采用機(jī)械開槽和電解加工的方法。整體葉盤從毛坯到最終成形,材料的去除比可高達(dá)90%,其中絕大部分去除量產(chǎn)生在葉盤通道的粗加工階段[2]。因此，整體葉盤的粗開槽加工效率是能否大量縮短加工周期的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為了給最終的精加工預(yù)留較少的余量。機(jī)械加工開槽由于去除量大，刀具優(yōu)化空間有限，導(dǎo)致加工周期長(zhǎng)、成本高，這一點(diǎn)在進(jìn)入批量生產(chǎn)階段更加突出。國(guó)內(nèi)外的加工實(shí)踐證明，針對(duì)葉盤的不同特點(diǎn)，采用適用的特種加工方法是降低加工成本、縮短制造周期最為有效的手段。因此，根據(jù)整體葉盤葉柵的葉片間距、葉展大小、葉柵通道的開敞性等幾方面，通過優(yōu)化，找到一種快速高效且成本低廉的加工方法進(jìn)行預(yù)加工，對(duì)整體葉盤加工工藝的合理定型，具有重要的實(shí)際意義。

1.1 套料電解加工技術(shù)

電解加工技術(shù)是利用電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理，借助于成型的陰極，將工件按照一定的形狀和尺寸加工成形的一種工藝方法。與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，電解加工技術(shù)具有加工范圍廣、加工效率高、工具陰極無損耗、加工過程無應(yīng)力的特點(diǎn)，其復(fù)制加工的特點(diǎn)更適合批量生產(chǎn)[13]。

電解套料加工技術(shù)就是電解加工技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用。圖2所示為電解套料加工示意圖，加工過程中，電解液通過電極片內(nèi)孔流出，陰陽(yáng)極之間施加直流電壓，電極以一定的速度進(jìn)給，電極片內(nèi)型孔外的材料逐漸被加工，最后“套出”一個(gè)完整的葉型。電解套料加工的陰極結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由集液腔、水套和電極片組成。集液腔起到電解液匯集，均化初始?jí)毫^(qū)的作用；水套對(duì)加工完成的型面進(jìn)行絕緣保護(hù)，同時(shí)形成供給加工區(qū)電解液的通道；電極片在套料電解加工中起成形的作用，加工出的葉型主要由電極片內(nèi)型孔形狀和尺寸決定。

傳統(tǒng)的電解套料工藝主要應(yīng)用在航天發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉輪柱狀等截面葉片的加工，已成熟應(yīng)用。對(duì)于葉型彎扭、通道狹小的航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)整體葉盤，傳統(tǒng)的電解套料加工技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)。而旋轉(zhuǎn)套料電解加工時(shí)，電極直線進(jìn)給與旋轉(zhuǎn)進(jìn)給進(jìn)行聯(lián)動(dòng)加工，可以加工出具有一定扭角的葉型。理想的加工結(jié)果是加工出的扭轉(zhuǎn)葉型相對(duì)于最終葉型保留均勻的、較小的余量，但因?yàn)樘琢霞庸げ捎玫碾姌O為整體電極片，加工出的葉型只能為等截面葉型（如圖4所示），因此在設(shè)計(jì)電極的過程中，需要預(yù)先通過計(jì)算機(jī)模擬并預(yù)測(cè)加工后的葉型，再綜合考慮整體葉盤加工分度以及余量分布等可能的誤差，還要考慮后續(xù)的精密電解加工所需的整平比，最終要為后續(xù)的精密振動(dòng)電解的加工留出充足的余量，同時(shí)，還要追求對(duì)最終葉型的最小包容，使高效預(yù)加工的作用充分發(fā)揮。

圖2 電解套料加工示意圖Fig.2 Sketch of electrochemical trepanning technology

圖3 電解套料電極結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Sketch of ECM cathode structure

圖4 旋轉(zhuǎn)套料加工后的模擬葉型Fig.4 Sketch of rotating machining blisk

實(shí)際加工中，需要設(shè)計(jì)一個(gè)具有等速螺旋升角的絕緣空心水套（如圖5所示），作為電解液引導(dǎo)流道與電極的支撐。整體葉盤由于葉柵較密，葉間通道狹窄，受尺寸限制，在考慮空心旋轉(zhuǎn)水套剛性的同時(shí)，還要防止扭轉(zhuǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)水套與周邊毛坯實(shí)體部分的干涉。雖然屬于預(yù)加工，但在工藝設(shè)計(jì)上需要考慮的因素較多，要實(shí)現(xiàn)理想的葉型初成形具有一定的難度。

近年來，北京航空制造工程研究所在這方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。突破了旋轉(zhuǎn)套料電解加工中的電極設(shè)計(jì)、流場(chǎng)控制等難題，并針對(duì)鈦合金風(fēng)扇、壓氣機(jī)整體葉盤、高溫合金壓氣機(jī)整體葉盤開展了一系列高效電解預(yù)加工技術(shù)的研究。利用電極的一次性進(jìn)給實(shí)現(xiàn)了整體葉盤葉型的大余量去除。進(jìn)給速度達(dá)到2mm/min，葉型單邊最小余量1.5mm，為后續(xù)的精密電解加工或數(shù)控加工提供了重要的前序工藝。

1.2 水切割加工

圖5 扭角與進(jìn)給旋轉(zhuǎn)角一致的絕緣空心水套Fig.5 Insulated structure with same rotating and feeding angle

水切割加工也稱為“水刀”加工，其原理是直接利用加磨料水射流的動(dòng)能對(duì)材料進(jìn)行切割，具有對(duì)材料理化性能無影響、無熱變形、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)[14]。目前，國(guó)際上智能水刀技術(shù)的發(fā)展很快，與常規(guī)的水切割技術(shù)相比，智能水刀技術(shù)在切割功能及切割精度等方面有了很大的提升。其中的五軸聯(lián)動(dòng)切割加工技術(shù)通過CAM功能編制加工軟件，可以加工由直紋展成的復(fù)雜三維型面，而常規(guī)水切割技術(shù)只能用于兩維型面的下料加工。智能水刀技術(shù)極大地?cái)U(kuò)展了水切割加工的應(yīng)用范圍。有代表性的是美國(guó)Flow、OMAX等公司以及國(guó)內(nèi)上海獅邁科技有限公司的“軟刀子”控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了以水射流射出點(diǎn)為控制目標(biāo)，通過對(duì)后拖量的信息獲取與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，更為精準(zhǔn)地保證在厚度方向上的切割精度，解決了常規(guī)水切割固有的切割錐度和水射流拖尾難題。

隨著智能水刀技術(shù)在切割精度以及控制功能的不斷提高，在大型整體復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的大余量去除方面開始顯現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。水刀技術(shù)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇及壓氣機(jī)前級(jí)整體葉盤的粗加工較為合理和有效，因?yàn)樵擃愓w葉盤的葉展長(zhǎng)，葉柵間距大，材料去除比高。水刀加工是將葉片之間的材料整體切割下來，切割走刀速度很快，可以達(dá)到50～200mm/min。不需要設(shè)計(jì)制造復(fù)雜的工裝夾具，綜合效率較機(jī)械加工至少提高5倍以上。圖6為葉盤葉型初成形切割模擬試驗(yàn)，圖7、圖8為切割后的葉型及葉盤。

此外，水刀加工有望成為鈦鋁系金屬間化合物整體葉盤粗加工的重要方法。鈦鋁系金屬間化合物是目前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)開展研究的下一代航空材料，以取代現(xiàn)現(xiàn)用的高溫鈦合金及鎳基高溫合金材料。目前，鈦鋁合金機(jī)械切削加工困難，大余量去除時(shí)代價(jià)很大，而水切割技術(shù)可以在鈦鋁系金屬間化合物材料的下料及構(gòu)件切割加工方面發(fā)揮很大作用。

水刀加工整體葉盤也有一定的技術(shù)局限性：一是水只能適用于具有直紋展成特征的切割對(duì)象，不能控制加工深度。二是水刀加工精度一般為0.1～0.2mm左右，只能用于精度不高的切割加工，因此，絕大部分結(jié)構(gòu)還不能采用水刀作為終成形或近成形方法。水刀無法加工三維型面、型腔、盲腔或者存在穿透性干涉的結(jié)構(gòu)。對(duì)于具有密集葉柵的航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)后級(jí)整體葉盤，在葉型初成形方面，水刀加工并沒有優(yōu)勢(shì)甚至不能進(jìn)行，彎扭的葉間通道使直線的水射流無法實(shí)現(xiàn)（會(huì)產(chǎn)生干涉）對(duì)葉身型面的近似包容，只能開出一個(gè)很窄的直/斜槽，對(duì)后續(xù)葉型精加工終成形意義不大。這類整體葉盤合理的預(yù)加工方法是采用電解套料加工，可以獲得并滿足后續(xù)葉型精密振動(dòng)電解終成形加工所要求的初成形葉型。

2 整體葉盤葉型精密加工技術(shù)

2.1 數(shù)控銑削

圖6 整體葉盤試件水刀加工Fig.6 Blisk experimental sample produced by water jet

圖7 水刀加工的葉型Fig.7 Blade experimental sample produced by water jet

圖8 葉型完成后的整體葉盤模擬件Fig.8 Blisk experimental sample with rough machining blades

整體葉盤上的葉片剛度小，加工工藝性差，在加工過程中由于切削力、切削熱、切削振動(dòng)等因素的影響，葉片易發(fā)生變形，導(dǎo)致尺寸誤差。因此對(duì)銑削加工過程中葉片變形的預(yù)估和控制是數(shù)控加工中要考慮的首要問題[15]。在數(shù)控加工工藝上，要通過復(fù)雜的軌跡計(jì)算、刀軸方向優(yōu)化，以及通道臨界約束的防干涉規(guī)劃。為了控制切削應(yīng)力，一般要通過分散工序、補(bǔ)償進(jìn)給以及熱處理等措施。

近年來，自適應(yīng)數(shù)控銑削技術(shù)較好地解決了整體葉盤復(fù)合制造工藝流程中的后續(xù)精密加工難題。例如采用線性摩擦焊將單個(gè)葉片和輪轂進(jìn)行連接，無論是葉盤的制造還是修復(fù)，都需要通過數(shù)控加工來實(shí)現(xiàn)最終保證加工精度、形狀、位置要求。由于焊接基準(zhǔn)與數(shù)控加工基準(zhǔn)存在誤差、葉片尺寸與理論模型之間的差異以及葉片焊接的誤差導(dǎo)致的余量分布不均勻等問題，不能直接采用理論數(shù)模進(jìn)行加工。還有，采用電解加工整體葉盤葉型，葉身、根部與底部流道可以實(shí)現(xiàn)一次性成形，但進(jìn)排氣邊緣等部位，仍需要數(shù)控加工進(jìn)行修整。因此，在數(shù)控加工過程中，采用數(shù)字化在線檢測(cè)方法對(duì)要加工的零件進(jìn)行快速測(cè)量和重構(gòu)，按新生成的數(shù)模進(jìn)行加工。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化檢測(cè)、自適應(yīng)工藝模型建模、綜合誤差補(bǔ)償一體化自適應(yīng)加工。自適應(yīng)數(shù)控加工技術(shù)已成為整體葉盤制造領(lǐng)域的關(guān)鍵核心之一。自適應(yīng)數(shù)控加工技術(shù)不僅能應(yīng)用于整體葉盤復(fù)合制造，還可用于葉盤、葉片類零件的修復(fù)及再制造加工[10]。

2.2 精密電解加工

精密振動(dòng)電解加工（PECM）是在傳統(tǒng)直流和脈沖電解加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)的制造技術(shù)，它大幅提高了電解加工的精度，在軍民用產(chǎn)品領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景?；驹砣鐖D9所示：陰極在進(jìn)給的同時(shí)往復(fù)振動(dòng)，當(dāng)陰極靠近工件時(shí)通電，實(shí)現(xiàn)微小間隙加工；隨后陰極斷電離開工件，拉大間隙進(jìn)行沖刷。精密振動(dòng)電解加工技術(shù)解決了小間隙加工時(shí)電解產(chǎn)物和電解熱排除困難的嚴(yán)重問題，又使電解加工在極小間隙下穩(wěn)定進(jìn)行，使得其加工精度得到顯著提高。表1為傳統(tǒng)電解加工與精密振動(dòng)電解加工的指標(biāo)對(duì)比。

采用精密振動(dòng)電解加工，由于陰極振動(dòng)、以及脈沖電流引起的脈沖壓力波的對(duì)電解液沖刷的積極作用，流場(chǎng)設(shè)計(jì)難度大大降低，使得加工復(fù)雜的三維型面時(shí)也能達(dá)到較小和穩(wěn)定的加工間隙，型面加工精度得以提高。

葉片型面精密振動(dòng)電解加工采用整體電極，葉盆、葉背及葉根轉(zhuǎn)角R可以同時(shí)加工一次成形，既能獲得較高的加工效率，也能很好保證尺寸精度與位置精度。

（1）整體葉盤精密振動(dòng)電解加工總體工藝設(shè)計(jì)。

圖9 高頻脈沖加工電源與低頻振動(dòng)加工電極匹配圖Fig.9 Relationship between high frequency power and vibrating cathode

表1 沖擊定位試驗(yàn)互相關(guān)算法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

用于電解加工的葉盤毛坯尺寸不同于機(jī)械加工工藝，要綜合考慮電解加工所需的整平余量以及雜散腐蝕余量。精密電解加工在五軸精密振動(dòng)電解加工設(shè)備上進(jìn)行。如圖10所示，采用葉盆、葉背兩個(gè)加工陰極進(jìn)行雙面同步進(jìn)給加工。加工時(shí)葉盤采用懸掛安裝，通過Z、C、Y、X1、X2五軸聯(lián)動(dòng)使得目標(biāo)葉型轉(zhuǎn)入葉盆、葉背電極之間；加工時(shí)葉盆、葉背電極分別沿X1、X2軸方向相向振動(dòng)進(jìn)給，Z軸向下進(jìn)給，從而產(chǎn)生向葉根方向的運(yùn)動(dòng)分量；電解液從葉尖向葉根流動(dòng)，帶走加工過程中產(chǎn)生的熱量及電解產(chǎn)物；當(dāng)一個(gè)葉片加工完成，沿原路徑退出，B軸自動(dòng)分度后，再重復(fù)上述過程。如此往復(fù)，直至整體葉盤的所有葉片加工完成。

（2）電解液流場(chǎng)的布局。

精密振動(dòng)電解加工過程中，電解液流場(chǎng)狀態(tài)會(huì)隨著葉盆、葉背型面加工電極的運(yùn)動(dòng)進(jìn)給而產(chǎn)生變化，因此，電解液流場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)需要全面考慮整個(gè)加工過程中流場(chǎng)狀態(tài)變化的問題。

葉片電解加工可選擇的電解液流動(dòng)方式有兩個(gè)：第一種是沿葉片橫截面，從進(jìn)氣邊流向排氣邊的側(cè)向流動(dòng)方式（圖 11（a）），在單件葉片加工中經(jīng)常采用。整體葉盤葉型需要同時(shí)加工出葉身型面、葉根轉(zhuǎn)接R以及底部流道等部位，采用沿橫截面流動(dòng)方式，雖然葉身部位流程短，流場(chǎng)均勻性好[16]，但底部流道部位不在主流場(chǎng)內(nèi)，會(huì)造成貧液區(qū)，不利于電解液的良好沖刷。第二種是沿葉尖流向葉片根部的徑向流動(dòng)方式（圖11（b））。徑向流動(dòng)方式的流程雖然比第一種方式長(zhǎng)，但底部流道處為電解液流動(dòng)匯集出口，使得葉型至底部流道的所有加工面流場(chǎng)更趨于均勻。整體葉盤電解加工中，電極向葉身型面方向及葉根方向復(fù)合進(jìn)給，采用第二種流場(chǎng)流動(dòng)方式工裝設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。因此，綜合考慮采用第二種流場(chǎng)布局方法更為合理。

（3）精密振動(dòng)電解加工參數(shù)的確定。

電解加工的成形精度與加工間隙直接相關(guān)，加工間隙越小、分布越均勻，工件與陰極的形狀、尺寸就越吻合，復(fù)制精度越高。精密振動(dòng)電解加工過程中影響加工間隙的因素主要有電解液、加工電壓、開通角度、脈沖頻率及陰極振動(dòng)頻率等。

為了獲得高的電解加工復(fù)制精度，精密加工一般采用低濃度的非線性電解液（如不高于10%的NaNO3水溶液），在保證加工能正常進(jìn)行的前提下，應(yīng)盡量選取較小的加工電壓（如加工高溫合金時(shí)，不高于12V，加工鈦合金時(shí)，不高于18V）。采用較高的脈沖頻率是精密電解加工的趨勢(shì)。脈沖頻率高，則脈沖電流的擾動(dòng)作用更強(qiáng)，更有利于抑制加工界面的電化學(xué)極化，提高活性，從而實(shí)現(xiàn)減小加工間隙，提高電解加工精度。實(shí)踐表明，電解加工整體葉盤的脈沖頻率至少為kHz級(jí)，才能更好地保證葉型的終成形精度。

圖10 精密振動(dòng)電解加工過程示意圖Fig.10 Sketch of PECM processing

圖11 葉片型面加工電解液流動(dòng)方式示意圖Fig.11 Sketch of electrolyte flow form about blade shape

開通角度是指振動(dòng)電解加工過程中，振動(dòng)凸輪每一個(gè)360°循環(huán)中，電源開通角是精密振動(dòng)電解加工的重要參數(shù)之一。開通角度的大小意味著相同狀況下實(shí)際電解加工時(shí)間的長(zhǎng)短，開通角度越小，加工效率越低，加工復(fù)制精度越高。合適的開通角度有利于加工間隙中的電解液更新和交換，電解產(chǎn)物、熱量、氣泡等排出會(huì)更加徹底，電解加工間隙過程的理化特性改善越好，可以獲得較低的表面粗糙度。

加工過程中，還要通過電導(dǎo)率控制與加工間隙控制保持較高的電流密度，以防止點(diǎn)蝕的出現(xiàn)及晶間腐蝕的發(fā)生。以往的試驗(yàn)表明，相比于傳統(tǒng)電解加工，高頻窄脈沖電解加工已經(jīng)有效地減少了雜散腐蝕現(xiàn)象，但尚不能完全避免。因此，要將雜散腐蝕因素納入工藝方案中。主要方法有：

·采用物理方法，將易產(chǎn)生雜散腐蝕的區(qū)域隔離；

·采用“陽(yáng)極保護(hù)”方法，即設(shè)置一個(gè)“保護(hù)陽(yáng)極”，在工件和保護(hù)電極（盡量安裝在靠近工件非加工面的地方）之間接入一個(gè)適當(dāng)?shù)姆聪虮Ｗo(hù)電壓，以抵消產(chǎn)生雜散腐蝕的電勢(shì)差。

·非加工面預(yù)留余量，加工完成后將余量去除。

（4）進(jìn)排氣邊緣的處理。

整體葉盤的葉型及單件壓氣機(jī)葉片的加工中，呈“刀刃狀”的超薄彎扭葉片的進(jìn)排氣邊緣，一直是加工技術(shù)中的瓶頸。進(jìn)排氣邊緣部位的制造誤差規(guī)律復(fù)雜，以往的加工中最后保證精度往往還需要手工修整[17]。但自適應(yīng)數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，已成為解決進(jìn)排氣邊緣最終加工的有效手段。精密電解加工也已通過葉盆、葉背加工時(shí)改變接刀位置解決了部分較大葉型的邊緣加工問題。但針對(duì)整體葉盤的輕薄葉型的進(jìn)排氣邊緣，電解加工的一般處理方法為在距進(jìn)排氣邊緣0.5mm范圍內(nèi)預(yù)留0.1～0.2mm的余量，然后再采用機(jī)械加工方法進(jìn)行自適應(yīng)加工。

結(jié)束語

以整體葉盤為代表的整體結(jié)構(gòu)加工已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)之一。由于整體葉盤的材料機(jī)械加工性能差，葉型結(jié)構(gòu)輕薄，加工變形控制環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)問題，刀具的消耗以及高檔機(jī)床的使用費(fèi)用導(dǎo)致加工成本高昂。因此，需要針對(duì)不同的尺寸結(jié)構(gòu)，采用多種加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)綜合制造。一條重要的路線就是先通過高效電解加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)葉型的小余量初成形，再采用精密電解加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)葉型的終成形加工，加工后不再需要手工修磨。加工效率比全部采用機(jī)械加工可以提高數(shù)倍，由于不存在刀具損耗問題，成本也可大大降低。

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