发动机叶片电解加工阴极设计有限元数值解法研究

以某型航空发动机转子叶片为研究对象，讨论了加工区域内的电场分布模型和阴极、阳极需要满足的边界条件，利用有限元法对复杂边界曲面具有较强的适应能力的特性，将加工区域离散后逐层求解极间间隙内的电位分布，将有限元数值解法成功地运用到加工叶片的工具阴极的设计中，从而获得满足加工精度要求的阴极。     

采用非线性电解液的叶片电解加工阴极设计

工具阴极设计是航空发动机叶片电解加工工艺过程中的关键环节。本文采用有限元数值算法求解加工间隙内的电场分布,考虑非线性电解液对成型规律的影响,进行叶片的阴极设计计算。对加工间隙分布的分析表明,将非线性电解液的影响带入阴极求解中,能使所研究的问题更接近实际情况,从而能提高阴极设计的精度。     

航空叶片电加工多物理场耦合仿真及实验研究

针对涡轮转子叶片电解加工过程参数分布复杂、型面难以预测的问题,分析电解加工过程中电场、流场、温度场特性,建立多场耦合数学模型并利用Matlab ode45函数求解多物理场耦合数值解;利用COMSOL软件对叶片电解加工过程多物理场进行数值模拟,得到加工间隙内电解液流速、温度、电解质电流密度的分布规律;选择合适的工艺参数完成了Inconel 718叶片电解加工试验,用三坐标测量机得到叶片轮廓曲线的实测值,与单电场仿真的理论值与多物理场耦合后仿真的理论值进行对比。结果表明,多物理场耦合仿真的理论值更接近于试验检测的实测值,能够准确模拟实际电解加工过程,可以为实际加工过程阴极工具设计、参数优化等提供理论依据,对提高电解加工质量和效率有重要意义。     

基于COMSOL的电解加工炮管膛线加工间隙的研究

为了缩短阴极研制周期,按照无源导电媒质中的电场建立间隙电场的数学模型,按照气液两相流建立流场的数学模型,根据膛线电解加工工艺参数设置边界条件,采用COMSOL Multiphysics3.4多物理场耦合软件对加工间隙进行数值模拟,结合工艺试验的数据,分析加工间隙电场分布对实际加工精度的影响。结果表明,当阴极工作齿向内收一定角度,有利于减小膛线槽壁倾角和槽底圆角,计算机模拟与工艺试验结果一致。     

电解光整加工齿轮齿面的试验研究

利用直线刃阴极进行电解光整加工齿轮齿面的试验和加工精度分析研究,试验结果表明,加工过程中电场和流场是影响加工精度的主要因素。基于ANSYS和CFD软件对加工过程中的电场和流场进行数值模拟,分析工具阴极与齿面的相对位置对电流密度、电解液流速和压力分布的影响,为后续试验的改进奠定了基础。     

五轴数控电解开槽加工整体涡轮盘的工艺试验研究

为解决整体涡轮盘机械加工效率低的问题,提出利用简单锥形回转体工具对某型号整体叶轮进行五轴数控电解开槽加工。首先分析了五轴数控电解加工的基本原理,建立加工模型,通过模拟加工电场分布,预测加工过程可能出现问题。再根据叶片几何形状和电解液流场优化分析结果,设计合理的数控电解加工用阴极工具,通过试验分析电压、阴极工具转速、电解液压力、温度等主要因素对加工结果的影响规律。最后基于自动数控编程软件编译合理的数控代码,采用优化的参数组合成功加工出多个整体涡轮盘叶片。满足了实际生产要求。     

电化学加工阴极设计边界调整法

针对电化学加工阴极设计这一有势场Laplace逆问题，给出了一种阴极设计方法——阴极边界调整法。该方法在假设阴极边界已知的情况下，采用有限元计算获得阳极边界电场分布，并求与实际阳极电场分布间的方差和。若此方差和在规定的误差范围内，则此时对应的假设阴极边界即为所求阴极边界。否则，调整阴极边界进行迭代计算，直到方差和满足要求为止。计算和实验结果表明，阴极边界调整法收敛性较好，迭代次数适当，能满足设计要求。     

整体叶盘电解加工移动密封阴极设计与试验

在整体叶盘的电解加工中,叶间区域易发生加工意外。通过有限元流场分析发现该区域存在过流面积突变。为了改善该区域流场,设计了一种消除过流面积突变的移动密封阴极结构。改进流场的有限元分析结果表明,移动密封阴极结构显著提升了电解液流场的稳定性。移动密封阴极的电解加工试验结果表明,新型阴极显著提升了加工稳定性,试验件具有较好的加工重复性与表面质量。     

数控展成电解加工的流场分析与间隙特性

分析内喷式阴极展成电解加工的流场特点，讨论阴极腔内电解液的压力分布和出口处速度的大小。在此基础上，对展成电解加工间隙特性进行了试验研究，所得结果为该项技术的实际应用提供了依据。     

基于计算流体动力学软件的型腔电解流场仿真

针对型腔电解加工中阴极流场设计分析的难点,应用计算流体动力学软件对型腔电解加工的流场进行仿真,得到加工间隙中流场的速度和压力分布,用以指导阴极的流场改进设计。经工艺试验验证,仿真结果较准确反映了型腔电解加工过程中的流场压力和速度分布,从而可以显著减少阴极流场设计中试验修正的次数,实现高效、低成本设计工具阴极流场之目的。     

基于有限元数值方法的电解加工工件型面的预测

采用有限元数值算法求解加工间隙中的电场分布，考虑间隙内流场和非线性电解液的影响，对最终的阳极工件型面进行预测。对某型发动机叶片三维复杂曲面进行了预测计算，并与其工艺试验结果进行比较，证明预测模型具有较高的精度。     

Experimental investigation on monitoring interelectrode gap of ECM with six-axis force sensor

To realize on-line monitoring interelectrode gap, six-axis force sensor was embedded into main spindle of machine tool to measure force signals on cathode exerted by electrolyte. The force signals, three forces, and three moments in X, Y, Z directions, respectively, are considered as research parameters. On one hand, the forces exerted on the tool cathode by electrode are measured with six-axis force sensor as electrolyte flow system is activated and electrode is deactivated. On the other hand, the forces are tested when electrolyte flow system and electrode are both activated. Then, the relation between six force components and interelectrode gap are analyzed. Machining experiments using three types of tool, e.g., plane tool, slant tool, and blade tool, have been carried out to deduct experiential equations between six force components and gap according to least squares method. Furthermore, the experimental data with blade tool are put into experiential equation with slant tool to examine validity of measuring gap in ECM. The relation of parameters in equations is analyzed and a conclusion is drawn: in the range of 15% error, machining experiential equation with slant tool can be used to on-line measure the interelectrode gap in ECM.     

基于信息融合的电解加工间隙检测

目前,在电解加工中还没有有效的加工间隙在线检测方法[1]。本文通过采集真实电解加工中阴极表面上来自电解液的平行于机床主轴的力和加工电流,利用小波变换对采集的信号进行处理,提取趋势项。结果发现:随着间隙减小力和加工电流都增大,可以据此间接实现间隙的测量。用力和加工电流经过小波变换提取的趋势项进行信息融合来更好地反映间隙,将它用于方坯加工叶片时采用的全程控制。用神经网络建立数显进给位置与力和电流融合信号之间的非线性映射,使它作为标准曲线以对间隙进行自动的全程控制。     

一种电解加工间隙的智能测控方法研究

从理论上推导了电解加工中阴极表面上承受的力与阴阳极间间隙的关系;采集电解加工过程中阴极表面上的力信号,经过信号处理后用其训练一个BP神经网络,实现间隙的在线检测;设计了一个模糊控制器,把间隙的误差转化为力的误差,将误差的变化信号作为模糊控制器的输入,将进给速度的增量作为模糊控制器输出。在MATLAB的Simulink模块中建立间隙智能控制系统进行了仿真试验,结果表明,该模糊控制器对间隙的控制效果较好。     

嵌入磁路的电解加工技术

为提高电解加工精度,基于磁场和电场相互作用原理,设计了两种镶嵌磁路的阴极。分析了磁场对双电层液相3种传质方式的影响,提出将多极内封闭渐变磁路和多极外封闭渐变磁路组合后嵌入电解加工装置的方法。试验表明,沿阴极体周边均匀镶贴永磁体的阴极,加工时磁力线与电解液流动方向正交,可消除分股束流、空穴, 改善电解加工流场,改善工件表面粗糙度;顺阴极轴向在阴极头内嵌入永磁体,加强了反应物质向加工区传质的速度,提高了集中蚀除的能力,可有效减轻杂散腐蚀。对电解套料沿阴极内壁采用多极内封闭渐变磁路镶贴永磁体;对非铁异形孔加工,为进一步加强间隙磁场,可采用在阴极外表面镶嵌多极外封闭渐变磁路,在工件外套一多极内封闭渐变磁路形成组合磁场。     

旋转超声电解复合加工小孔流场仿真

为解决电解加工深小孔中电解液难以进入加工区和电解产物难以排出的问题,构建了内喷式旋转超声电解复合加工装置,进行了电解加工、旋转电解加工和旋转超声电解复合加工小孔的对比试验。试验结果表明,阴极旋转能明显提高孔的圆度,旋转超声电解复合加工具有最大的平均加工电流,所加工孔的直径、深度都为三者中最大,表明其材料去除率是最大的。在此基础上,利用有限元ANSYS CFX软件,建立了气液两相流三维气穴模型,分析了阴极旋转和阴极高频振动对电解加工流场、电场的影响。仿真结果表明：阴极旋转使得气泡在阴极表面聚集,不利于气泡的排出,阴极振动加速了电解液的运动,有利于气泡的排出,因此具有最大的材料去除率。