微小孔电火花-电解复合加工工件表面杂散腐蚀绝缘层抑制方法研究

【摘要】：气膜冷却技术广泛用于航空涡扇发动机高温零部件中,能够有效阻隔高温燃气,降低叶片热应力并增加涡轮使用寿命。涡轮叶片通常采用镍基高温合金等难加工材料铸造生产,气膜孔孔径在0.2～0.8mm之间,每片叶片上分布几十至几百个,空间位置分布复杂,加工后不允许存在重铸层、微裂纹及尖边,加工难度很大。电火花-电解复合穿孔加工使用低电导率的盐溶液为工作液,加工过程中加工过程中既存在电火花放电高速穿孔,又伴随着电化学溶解去除重铸层的过程,能够实现涡轮叶片气膜孔无重铸层高效加工。低电导率工作液使得加工过程中工件表面存在低电流密度的杂散电流,加工后的工件表面存在严重的杂散腐蚀,破坏了加工工件的表面完整性。纯电解穿孔加工常使用电极侧壁绝缘的方法进行杂散腐蚀的抑制,但电火花-电解复合加工方法需要利用电极丝与孔壁之间微弱的电解反应去除孔壁上的重铸层;且加工过程中存在电火花熔蚀作用,工具电极存在损耗,无法使用工具电极绝缘的方法改变电场分布,抑制工件表面的杂散电流。为此,提出了工件表面绝缘抑制电火花-电解复合加工过程中杂散腐蚀现象的方法:加工前在工件表面喷涂上丙烯酸绝缘涂层,加工过程中高速旋转的电极丝在进给过程中会将绝缘层刮除,使得金属基体裸露出来,金属基体裸露区通常略大于电极丝直径,因此电极丝进给过程中,工件端面上的电火花加工不会受到影响。由于金属基体裸露区通常小于成型孔直径,故孔口周围存在杂散腐蚀的区域在后期电解扩孔的过程中将被完全去除,这进一步优化了孔口形貌。仿真结果显示,加工过程中绝缘涂层使得工件表面电流密度集中到孔口周围金属基体裸露的区域。非加工区域绝缘层完好,杂散电流被屏蔽,工件表面粗糙度下降为原先的1/3,不存在剥落及点蚀,表面完整性良好。小孔周围金属基体裸露而存在腐蚀的区域在电解扩孔的过程中被完全去除,入口处仅存在自然圆角,表面形貌良好。由于工件非加工区绝缘对加工区域电流密度、电位高低的影响较小,因此工件表面绝缘无法改善电火花-电解复合加工的孔径及穿孔加工效率。