[發明專利]一種航空發動機維修與再制造的電解加工方法

在審

• 申請號: 201710034814.0
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106695033A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 嚴小琳
• 申請（專利權）人: 江蘇豐信航空設備制造有限公司
• 主分類號: B23H3/00
• 分類號: B23H3/00;B23H3/08
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙)32251
• 代理人: 李正方

技術領域

本發明涉及一種航空發動機維修與再制造的電解加工方法。

背景技術

電解加工是電化學加工技術之一，是基于電化學過程中陽極溶解原理并借助預先制備成型的特殊陰極將工件按照一定的形狀和尺寸加工成型的工藝方法。在電解加工過程中工件材料的蝕除速度不會受到加工材料的硬度、強度、韌性的影響；工件的材料是以離子狀態去除，無冷作硬化層、熱再鑄層以及由此引起的表面纖維裂紋，表面光整、無加工紋路、無毛刺等特點，并且由于無切削力和表層內應力，因此工件的加工變形小；電解加工工具陰極不與工件接觸，工具陰極不損耗等優勢特點。最大優勢在于傳統加工過程中進刀限位的問題在電解加工領域內完全不受限制，可以根據加工對象的型面要求制造特殊的工具陰極形狀滿足種非規則型面，空間曲面的特種加工。

目前國內民航大飛機研發制造發展迅猛，新材料的開發和新技術的引進及應用得到廣泛的關注，本課題所研究的電解加工正是一種朝陽性的特種加工技術，已成為當今科技研發的熱點。該技術憑借其強大的優勢，正在汽車、輪船、航天航空、醫療器械、儀器儀表等精密零部件的加工得到逐漸應用，并且其加工能力是一般傳統機加工所無法達到的。例如，復雜型面加工時，傳統機加工存在進刀限位的問題而無法完成加工，而電解加工則根據加工型面要求特制工具陰極來完成復雜型面的加工。因此在特種加工領域，電解加工的應用發展前景是不可估量的。當下在民航維修領域中，發動機葉片型面修補大多采用堆焊的方法，修補后葉片型面尺寸恢復若采用電解加工的方法，可以使葉片在去除多余的堆焊層后表面無殘余機械應力、無微劃痕、無微裂紋等二次損傷，極大的提高了零部件的使用壽命。由此可見，電解加工技術已成為加工領域內必不可少的一種加工方法，該技術的研究及應用不但可以給我國民航維修企業帶來顯著的經濟效益，還提高我國民航機務維修特種裝備的制造水平，為我國大發動機研制做技術儲備。

目前，電解加工技術在小型精密零件的應用顯著。德國Friz-Haber研究所采用持續時間以納秒計的超短脈沖電流進行電解加工，成功加工出微米級尺寸的微細零件，其加工精度可以達幾百納米；PHILIPS公司用電解加工技術加工出微米級的淺槽；日本東京大學在直徑數十微米的微細軸成功進行了表面光整加工；韓國研究人員采用微細電解技術加工出微細群孔、窄槽、微棱柱等結構。俄羅斯烏法航空學院研制的小型立式脈沖電流電解加工機床，電流峰值 200 安培，最小加工間隙可達 0.01～0.02mm，加工出的精密模具的精度可達 0.02mm，堪與電火花加工相比，而其生產率和表面粗糙度遠優于電火花加工。因而在塑料模具型腔加工方面有極高的應用價值。荷蘭菲利普制造技術中心應用極窄脈寬的脈沖電源以及其它工藝措施進行電解加工，精度達到前所未有的微米級水平。

國內多所高校和科研單位也開展了電解加工技術的研究，南京航空航天大學徐家文教授對于不同加工工藝參數進行分析微細電解加工,描述了影響微細電解加工中表面精度及加工效率的主要因素；朱荻等在考慮流場特性的發動機葉片電解加工陰極設計及數值仿真中,研究了發動機轉子的葉片陰極設計；哈爾濱工業大學的狄士春教授分析關于高頻窄脈沖微細電解加工過程中影響因素,解釋了加工間隙內的極間電壓、電解液濃度和脈沖高頻頻率在電解加工過程中對加工間隙的影響。余艷青等在電解加工高頻窄脈沖電流源特性試驗研宄中,分析出脈沖寬度和占空比是影響加工間隙的理化特性的主要因素,在微觀上對陽極材料溶解蝕除能力及加工間隙的大小直接造成影響,在宏觀上影響了電解加工陽極工件的加工表面精度、加工質量和加工效率。合肥工業大學的秦艷芳、張曄等則考慮了實際電解加工過程中多場相互作用,詳細地闡述了高頻窄脈沖的基礎理論,分析電解加工過程中加工間隙內的電場、流場和溫度場產生的原理,分析了脈沖電流電解加工過程中電場和流場的耦合作用,運用COMSOL分析了高頻窄脈沖電流電解加工和直流電解加工的多場耦合,通過對結果數據的整理和分析得出高頻脈沖電解加工比直流電解加工優先達到加工穩定狀態。

航空發動機深度維修技術中，大量應用到傳統的機加工的方法，然而機加工方法在某些核心零部件的加工過程中存在安全隱患，如機加工可使部件留有殘余機械應力，加工表面產生微劃痕、微裂紋等二次損傷，直接影響航空發動機運行的穩定性及安全性。其主要表面在以下幾個方面：

（1）葉片堆焊修復后型面尺寸恢復技術