复杂曲面电解加工阴极空间进给方向优化方法研究

电解加工是航空发动机叶片、整体叶盘等复杂曲面零件的核心制造技术。阴极空间进给方向与阳极型面法线方向之间的θ角大小是影响电解加工精度的重要因素。传统阴极进给方向优化中,通常以θ角方差作为目标函数,在局部区域存在曲率突变的复杂曲面优化时,局部区域θ角仍可能较大,存在一定局限性。为了使全型面θ角最小,提出了以θ角集合最大夹角值为目标函数的优化新方法。以典型复杂曲面叶片为例,采用传统与提出方法分别开展进给方向优化,优化结果表明提出方法获得了合理的θ角分布。开展了两种优化方法的加工比较试验,提出方法试验样件具有更优的型面轮廓精度,证明了优化方法的可行性。     

叶片电解加工三头柔性进给方向优化设计

以某型发动机叶片为研究对象,设计了新的三头柔性进给的电解加工方式,对毛坯装夹角度和阴极进给方向进行优化选择,提出了叶盆、叶背采用不同进给角度进行加工的方式来提高叶片的加工精度,以实现全方位叶片电解加工。进行了叶片电解加工实验,结果表明该进给方式可兼顾叶身和缘板的精度要求,实现叶片的全方位电解加工。     

基于叶栅通道可加工性分析的整体叶盘径向电解加工阴极设计及实验

为提高叶栅通道加工质量,针对径向进给的电解加工方式,分析了通道可加工性问题,通过通道模型离散化处理,得到了加工边界曲面;讨论了进给角度与加工余量均匀性的影响,确定了合理的进给方向。在此基础上对阴极侧面轮廓和端面型面进行了设计,并制备了加工所需的工具阴极,利用自行研制的整体叶盘电解加工平台开展了工艺实验。结果表明:加工出的通道试件轮毂成形精度高,叶根部位加工质量好,叶盆、叶背余量分布均匀一致,能够满足后续叶片精加工要求。     

复合平面摆动展成电解加工整体构件异形面的成形分析及应用

各类新型航空发动机中大量采用整体结构件,其异形面加工一直是机械制造中的难点。提出整体构件异形面的复合平面摆动展成电解加工方法,用一次进给“电解”达到型面加工要求。分析复合平面摆动展成电解间隙动态过渡过程,进行成形规律分析;以整体涡轮大扭曲叶片型面为研究对象,优化复合摆动展成进给加工轨迹,设计有补液流场的薄片底板与阴极体的组合式阴极,进行复合摆动展成进给电解加工试验,一次进给电解同时去除叶片通道两面余量,达到精加工效果;验证此方法加工变断面整体构件在生产率、精度、成本等方面的技术优势,为复合平面摆动展成电解工艺的拓展应用建立基础条件。     

整体涡轮大扭曲叶片电解精加工方法与试验研究

材料为高温合金的整体涡轮盘,其大扭曲叶片加工一直是制造业中的难题。提出多轴联动复合平面摆动展成电解方法加工大扭曲叶片,用一次进给电解实现叶盆、叶背面加工;分析复合平面摆动展成电解加工叶片型面成形规律,优化复合摆动展成电解加工数控编程及阴极结构设计,解决叶背出气边电解过切、根部三角区过切、出口短路等关键工艺问题;进行摆动式展成进给电解试验与分析,一次电解可达叶盆、叶背型面精加工要求。     

发动机叶片电解加工工具进给方向分析和系统设计

超薄扭曲叶片因叶型薄、型面复杂、精度高 ,目前主要以电解加工作为首选加工工艺。本文以某型发动机叶片为研究对象 ,对电解加工中阴极进给方向和毛坯装夹位置作了优化选择 ,同时采用开放式控制系统、模块化设计思想开发可重构电解机床系统以满足不同叶片型面加工的要求。     

航空发动机叶片电解加工阴极数字化修正模型及其试验研究

叶片是航空发动机的核心零部件,电解加工是加工叶片的重要方法,叶片电解加工工具阴极的精确设计与修正是提高叶片精度的关键技术.采用Levenberg-Marquardt(L-M)优化算法的误差反向传播网络(Back propagation,BP)技术,利用阴极线性修正法的工艺试验数据进行网络训练,建立基于优化BP算法的数字化阴极修正模型.结合自行研制的新型叶片电解加工机床,开展电解加工工艺试验,检验网络模型的正确性.通过三坐标测量机的检测,加工试件在阴极修正后精度有了明显提高,叶盆叶根和叶尖修正部位的精度均提高0.09 mm左右,修正效率提高,说明网络模型能精确计算出阴极型面修正量,网络模型的正确性得到验证.该修正模型能广泛应用于复杂型面电解加工的阴极修正,能起到缩短修正周期和提高叶片电解加工精度的作用.     

整体叶盘多通道电解加工工具运动轨迹及加工参数分析

整体叶盘扭曲叶片型面加工至设计要求之前,毛坯的叶间通道加工是不可缺少的工艺。针对整体叶盘多通道电解加工三轴运动的特点,先将叶片理论型面的参数转换成整体叶盘的叶间通道的参数,再利用最小二乘法生成通道型面的拟合直线,进一步确定管状工具的运动位置。工具的运动轨迹是三轴组合运动的结果,根据工具的运动状态逆向推算即可获取联动三轴各自的加工参数。最后在整体叶盘多通道电解加工机床上开展试验研究。试验表明,运行上述参数可以加工出符合要求的叶间通道。     

发动机叶片电解加工变间隙阴极修正法

为了提高叶片电解加工的精度,提出变间隙阴极修正方法,建立该方法数学模型,分析加工间隙与阴极修正量的对应关系,通过在型面误差中代入间隙补偿量来修正阴极。提出阴极沿型线修正量的计算公式和插值逼近的试验方法。结合自行研制的新型叶片电解加工机床,进行了叶片电解加工阴极修正的试验,通过变间隙修正方法修改阴极。试验过程中阴极经过3次计算机修正,可使叶片电解加工精度提高到0.05 mm,表明该阴极修正方法合理有效,数学模型与试验情况吻合。     

复合进给电解加工机床的研制

针对现有电解预加工叶片型面复杂、叶栅通道扭曲的整体叶盘时存在的加工余量分布不均、余量差过大等问题,分析了现有技术中工具电极单一直线进给的缺点,基于工具电极可直线与旋转复合进给加工方法,研制了可以实现复合进给运动的电解加工机床,并配合基于PMAC的开放式数控系统,使该机床具有高精度、高柔性、开放化等特点,同时,研究了机床最优进给路径的实现方法,从理论上证明了该方法的优点及可行性。相较于现有技术,该机床有助于提高叶栅通道的加工精度、减小加工余量差,为后续叶片型面精加工奠定了良好的加工基础。     

大扭曲度整体涡轮叶片展成电解加工成形规律及试验研究

根据大扭曲度整体涡轮结构特点与加工难点，提出用展成电解方式实现其叶片加工；分析、研究大扭曲度整体涡轮展成电解加工叶片型面成形规律；根据其成形特点，进行多轴联动数控编程的优化；合理设计阴极及流场，对叶背二次腐蚀、出口短路及叶背余量去除等关键工艺问题进行分析讨论并提出有效解决措施；进行整体涡轮叶片展成电解加工试验，可稳定达到型面精度加工要求，为大扭曲度整体涡轮展成电解加工的应用创造了条件。     

流场动态分析与主动分流的复杂曲面构件电解加工技术研究

正项目负责人:徐正扬(E-mail:xuzhy@nuaa.edu.cn)依托单位:南京航空航天大学项目批准号:510051191.项目简介整体叶盘/叶片等复杂曲面构件是航空发动机中最为重要的零部件,其型面扭曲、结构复杂、材料难加工、精度要求高,对制造技术提出了很高要求。电解加工技术是制造难加工材料复杂曲面构件的主要制造方法,其中流场问题是电解加工技术的核心环节。本项目针对整体叶盘/叶片等复杂曲面零部件的电解加工技术开展研究,重点研究复杂曲面电解加工的流场问     

叶片电解加工中二维/三维法向间隙分布对阴极设计的影响

以某型航空发动机转子叶片为研究对象,在阴极设计cosθ法的基础上,探讨了阴极进给方向与叶片型面二维截面法向夹角及其与叶片型面三维法向夹角对间隙分布及阴极设计的影响。讨论了基于叶片二维截面法向设计时,设计误差产生的根源,并给出了合理的设计结果。     

脉冲电流电解加工

电解加工就是利用金属在电解液中可以发生阳极溶解的原理,对工件加工成形的一种工艺方法,下面将电解加工及其应用加以介绍。 一、电解加工的优点 (1)在简单的直线运动进给下,用成形的阴极能加工出复杂的三维型腔、型面或型孔,如锻模、叶片和花键孔等。 (2)可加工各种金属材料,与被加工材料的硬     

数控展成电解加工中阴极运动轨迹分析及展成叶片型面的校验

针对当前航空航天产品中的整体叶轮加工困难这一现状,提出了采用数控展成电解加工的方法来加工整体叶轮的扭曲叶片型面。为了确保加工中被加工叶片的形状符合设计图纸要求,对数控展成电解的试验进行了研究,得出了一种简单、可行的实验计算方法。首先计算出阴极的运动轨迹,再设计专门程序仿真阴极加工运动轨迹,从而预测叶片加工型面,对展成叶片型面进行校验。     

镍基高温合金整体叶盘叶栅通道电解加工的成形精度控制

针对整体叶盘叶栅通道电解加工中存在的成形精度较低、余量分布不足的问题,采用叶栅通道径向电解加工方法,建立了径向进给方式中加工间隙的数学模型,得到了通道成形过程中侧面间隙的影响规律。在此基础上,分析了电极侧面裸露端、电解液特性、脉冲电流参数以及进给速度等对通道成形的影响,并给出了优化结果。同时开展了叶栅通道径向电解加工实验研究,结果显示:采用优化后的各项参数,在高温镍基合金GH4169叶盘上稳定地加工出了具有较高成形精度的叶栅通道,其叶盆、叶背面的最小精加工余量从1.82 mm和1.56 mm分别提高至2.43 mm和2.41 mm。为后续叶片精加工提供了良好的加工基础。     

航天发动机叶片电解加工流场设计和试验研究

电解加工作为整体构件制造的主要技术之一,其流场设计的合理性将严重影响电解加工过程的稳定性、加工效率和质量。针对航天发动机叶片式扩压器设计了部分阻隔式反W型流场,并开展了与侧流式和反W型流场的仿真比较。仿真结果表明,该流场方式可以保证加工区电解液的高速流动,并能有效避免进/排气边漏液现象。最后,在部分阻隔式反W型流场中开展了叶片式扩压器电解加工试验,在阴极进给速度为0.5 mm/min时加工出了扩压器叶片,验证了流场设计的合理性。     

整体叶盘叶栅通道电解加工流场仿真研究

电解加工是航空发动机整体叶盘制造的主要技术之一,加工间隙内电解液流动的均匀性是影响加工稳定性和表面粗糙度的核心因素。针对叶栅通道电解加工,对比分析电解液侧流式下的正向流动与反向流动加工间隙内流场状态,通过数值仿真对比分析可知,正流方式下加工间隙内电解液流速较高,流场均匀性较好,故正流方式有利于叶栅通道电解加工。开展了电解液正流电解加工试验,结果表明,采用正流方式进行叶栅通道电解加工,轮毂粗糙度可达0.316μm,叶盆、叶背余量重复误差分别为0.096 mm,0.103 mm,为下一步叶片型面精加工提供了良好的条件。     

旋转阴极展成电解加工的间隙特性及光整直纹面的误差计算

旋转阴极展成电解加工主要用于型面的光整加工，其最终加工间隙决定了型面精度，对进给速度，初始切深，阴极半径这3个影响最终加工间隙的关键因素进行了试验研究，结果表明旋转阴极展成电解加工具有相当好的间隙稳定性和整平能力，并且由于间隙和阴极半径小，用其光整加工直纹面产生的几何误差远小于铣刀加工，对此进行了理论计算。     

长窄型薄壁叶片的套料电解加工

为实现长窄型薄壁叶片的套料电解加工,设计了电解液沿叶片轮廓四周进液的流动方式,开展了导流式出液和开放式出液的仿真对比分析,结果表明,导流式出液可以明显改善加工区域内流场的均匀性。开展了薄壁叶片套料电解加工试验研究,在进给速度1.4 mm/min下实现了薄壁叶片的套型加工,轮毂表面粗糙度从0.532 μm 降低至0.307 μm,叶片型面粗糙度从0.816 μm 降低至0.583 μm。