[發明專利]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

在審

• 申請號: 201510275949.7
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104907650A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 高長水;劉壯;趙建社
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23H5/08
• 分類號: B23H5/08;B23H9/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域：

本發明涉及一種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，其屬于特種加工技術領域。

背景技術：

隨著航空航天技術的高速發展，金屬材料的單獨使用已不能滿足在高溫環境下的使用要求。例如鎳基單晶葉片，需要通過采用氣膜冷卻結構、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0.1-0.2mm。熱障涂層通常應用在航空發動機渦輪葉片、燃燒室壁、某些流道、喉管等處，上述金屬零件設計有大量小孔結構，孔徑一般在0.3～3.0mm。

目前，在帶熱障涂層的金屬零件上進行制孔成為航空發動機制造企業面臨的一個難題。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進行打孔，工序也較為復雜、加工成本較高。

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，其優勢在于：不受被加工材料導電性能的影響、無熱影響區、無熱變形、綠色環保，對各類熱敏、硬脆等難加工材料的加工具有獨特優勢。電解加工利用金屬材料的陽極溶解而去除材料，加工區域無再鑄層、無殘余應力、無微觀裂紋，在航空發動機零件的小孔加工上得到廣泛應用。

綜合分析上述兩種特種加工工藝技術的特點，創新提出帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流－電解復合制孔方法，并發明設計了相應裝置。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構的高效精密加工具有重要意義。

發明內容：

本發明提供一種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，能有效避免制孔過程中工件的二次裝夾，提高加工效率，保障加工質量。

本發明采用如下技術方案：一種帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流－電解復合制孔方法，其特征在于：包括如下步驟

(1)關閉電源；

(2)工件的安裝定位：將工件通過夾具安裝定位在工作臺上；

(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整進液接頭及工具電極的位置；

(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；

(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。

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。

進一步地，所述步驟(5)中：通過伺服進給裝置調整進液接頭及工具電極的位置，保持輸液泵的啟動狀態，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。

進一步地，所述磨料工作液為含有Al₂O₃或者SiC磨料1-10g/L的自來水或者超純水，磨料的粒徑為1μm-20μm。

進一步地，所述電解工作液為中性鹽溶液。