帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流-電解復(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解復(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]隨著航空航天技術(shù)的高速發(fā)展，金屬材料的單獨(dú)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(guò)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?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(dǎo)電的陶瓷材料，一般通過(guò)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(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)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(jìn)行制孔成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)面臨的一個(gè)難題。由于熱障涂層材料不導(dǎo)電，無(wú)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(jìn)行制孔。針對(duì)該問(wèn)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，最后使用電加工技術(shù)進(jìn)行打孔，工序也較為復(fù)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(dòng)能的沖擊作用來(lái)去除材料，其優(yōu)勢(shì)在于:不受被加工材料導(dǎo)電性能的影響、無(wú)熱影響區(qū)、無(wú)熱變形、綠色環(huán)保，對(duì)各類熱敏、硬脆等難加工材料的加工具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。電解加工利用金屬材料的陽(yáng)極溶解而去除材料，加工區(qū)域無(wú)再鑄層、無(wú)殘余應(yīng)力、無(wú)微觀裂紋，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的小孔加工上得到廣泛應(yīng)用。
[0005]綜合分析上述兩種特種加工工藝技術(shù)的特點(diǎn)，創(chuàng)新提出帶熱障涂層金屬零件的磨料水射流一電解復(fù)合制孔方法，并發(fā)明設(shè)計(jì)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(wú)需改變零件裝夾、無(wú)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(jiǎn)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(duì)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(fù)合制孔方法及裝置，能有效避免制孔過(guò)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(fù)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(guò)夾具安裝定位在工作臺(tái)上；
[0010](3)工具電極的安裝定位:將工具電極安裝定位在進(jìn)液接頭上，通過(guò)伺服進(jìn)給裝置調(diào)整進(jìn)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(dǎo)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(kāi)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(jìn)一步地，所述步驟(4)中:電磁閥接通磨料工作液箱、斷開(kāi)電解工作液箱，啟動(dòng)輸液泵，磨料工作液通過(guò)進(jìn)液接頭進(jìn)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(jìn)一步地，所述步驟(5)中:通過(guò)伺服進(jìn)給裝置調(diào)整進(jìn)液接頭及工具電極的位置，保持輸液泵的啟動(dòng)狀態(tài)，電磁閥接通電解工作液箱、斷開(kāi)磨料工作液箱，電解工作液通過(guò)進(jìn)液接頭進(jìn)入中空的工具電極并輸出至工件表面，開(kāi)啟電源，進(jìn)行電解加工，伺服進(jìn)給裝置控制進(jìn)液接頭及工具電極的進(jìn)給，直至完成金屬基體孔型的加工。
[0015]進(jìn)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(lái)水或者超純水，磨料的粒徑為I μ m-20 μ m。
[0016]進(jìn)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(fù)合制孔裝置，其包括工作臺(tái)、夾具、工具電極、進(jìn)液接頭、伺服進(jìn)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(guò)夾具安裝定位在工作臺(tái)上，所述工具電極安裝固定在進(jìn)液接頭上，進(jìn)液接頭布置在伺服進(jìn)給裝置上，所述電源的正、負(fù)極分別與工件、工具電極連接，所述電磁閥為二進(jìn)一出三通電磁閥，其中一個(gè)進(jìn)液口與磨料工作液箱連接，另一個(gè)進(jìn)液口與電解工作液箱連接，出液口與輸液泵的進(jìn)液口連接，輸液泵的出液口與進(jìn)液接頭連接，所述電磁閥控制進(jìn)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(shí)，電磁閥接通磨料工作液箱、斷開(kāi)電解工作液箱，輸液泵輸運(yùn)磨料工作液進(jìn)入進(jìn)液接頭，在采用電解加工金屬基體孔型時(shí)，電磁閥接通電解工作液箱、斷開(kāi)磨料工作液箱，輸液泵輸運(yùn)電解工作液進(jìn)入進(jìn)液接頭。
[0018]進(jìn)一步地，所述工具電極為中空、外壁絕緣的金屬管。
[0019]進(jìn)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(diǎn)，將這兩種加工工藝進(jìn)行復(fù)合，首先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(jiǎn)單，加工質(zhì)量易于保證。
【附圖說(shuō)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(fù)合制孔裝置示意圖。
[0022]其中:
[0023]1-工作臺(tái)，2-夾具，3-工具電極，4-電源，5-進(jìn)液接頭，6_伺服進(jìn)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(shí)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(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(guò)夾具2安裝定位在工作臺(tái)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(jìn)液接頭5上，通過(guò)伺服進(jìn)給裝置6調(diào)整進(jìn)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(kāi)電解工作液箱8，啟動(dòng)輸液泵11，磨料工作液通過(guò)進(jìn)液接頭5進(jìn)入中空