帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流-電火花復(fù)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火花復(fù)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]隨著航空發(fā)動機推重比的不斷提高，其燃氣渦輪進口溫度也不斷提升，如美國第四代戰(zhàn)斗機發(fā)動機的燃氣渦輪進口溫度已經(jīng)達到了 1700°C左右。目前，先進單晶鎳基高溫合金的使用極限溫度為1150°C。顯然，單獨使用高溫合金材料已不能滿足先進航空發(fā)動機的需求。針對此問題，美國率先提出了熱障涂層的概念，即將耐高溫、高隔熱的陶瓷材料涂覆在合金基體表面，以降低合金基體的工作溫度，從而提高發(fā)動機的熱效率。這一概念提出以后，立即引起了世界各國的高度關(guān)注，在美國、歐洲以及我國的航空發(fā)動機推進計劃中，均把熱障涂層技術(shù)列為高性能航空發(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]熱障涂層一般通過等離子噴涂或物理氣相沉積方法制備在金屬零件表面，是一種不導(dǎo)電的陶瓷涂層，厚度約為0.1-0.2_。熱障涂層通常應(yīng)用在航空發(fā)動機渦輪葉片、燃燒室壁、某些流道、喉管等處，上述金屬零件往往設(shè)計有大量小孔結(jié)構(gòu)，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已成為航空發(fā)動機制造企業(yè)面臨的一個難題。
[0004]航空發(fā)動機制造企業(yè)通常采用電火花加工方法在金屬零件上進行制孔。該方法采用中空的金屬管作為工具電極，輸液泵將電火花工作液通過中空的管狀工具電極輸送到加工位置。該方法具有加工成本低、精度好、效率高的優(yōu)勢。然而，由于熱障涂層不導(dǎo)電，無法直接采用電火花加工帶熱障涂層金屬零件上的微小孔。針對此類問題，目前采用的一種工藝為:在零件涂覆熱障涂層之前，預(yù)先加工出孔型，然后再涂覆熱障層，最后用微型鉆頭在相應(yīng)孔位處去除熱障涂層，其工序復(fù)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涂層，然后采用激光在相應(yīng)打孔位置上去除熱障涂層，最后使用電火花加工技術(shù)進行打孔，工序也較為復(fù)雜、加工成本較高。磨料水射流加工是一種新興的特種加工工藝，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(dǎo)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。
[0005]在綜合分析以上介紹的【背景技術(shù)】基礎(chǔ)上，借鑒磨料水射流加工和電火花小孔加工的技術(shù)原理，創(chuàng)新提出帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電火花復(fù)合制孔方法，并發(fā)明設(shè)計了相應(yīng)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(dǎo)電的熱障涂層，待金屬基體裸露后，無需改變工件裝夾、無需更換工具電極，其次利用電火花加工方法完成金屬基體的制孔。該加工方法工藝簡單、安全環(huán)保，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)明提供一種帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電火花復(fù)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，同時提供了該方法專用的加工裝置。
[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火花復(fù)合制孔方法，其包括如下步驟:
[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)利用磨料水射流加工熱障涂層孔型，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，利用電火花加工金屬基體，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、斷開電火花工作液箱，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)，電磁閥接通電火花工作液箱、斷開磨料工作液箱，電火花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，進行電火花加工，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，所述磨料水射流加工時所采用的工作液為含有Al2O3或者SiC磨料l-10g/L的自來水或者超純水，所述磨料粒徑為1-20 μ m。
[0016]進一步地，所述電火花加工時所采用的工作液為去離子水或者超純水。
[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火花復(fù)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、電火花工作液箱、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，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，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，另一個進液口與電火花工作液箱連接，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、斷開電火花工作液箱，輸液泵輸運磨料工作液進入進液接頭，在采用電火花加工金屬孔型時，電磁閥接通電火花工作液箱、斷開磨料工作液箱，輸液泵輸運電火花工作液進入進液接頭。
[0018]進一步地，所述工具電極為中空的金屬管電極。
[0019]進一步地，所述電源為直流脈沖電源。
[0020]本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明合理利用電火花小孔加工方法中工具電極為中空金屬管的特點，通過輸液泵將磨料工作液從工具電極輸出形成高壓磨料水射流，利用磨料水射流的沖蝕作用加工工件表面不導(dǎo)電的熱障涂層孔型，再采用電火花加工金屬基體孔型，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，安全環(huán)保，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火花復(fù)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-電火花工作液箱，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火花復(fù)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)；
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