扩压器套料电解加工流场优化设计及实验研究

在电解加工中,合理的电解液流场能改善加工稳定性、提高加工效率。针对扩压器电解加工开展了流场优化研究,设计了流道出液转角式的正冲流动方式,建立了不同进液口转角间隙的流道模型,利用ANSYS进行了流场仿真优化分析。结果表明:在转角间隙值为0.3 mm时,加工区流速分布的均匀性最好,且电解液达到了较高的流速。同时,在转角间隙为0.3 mm时开展了扩压器电解加工提速实验,当阴极进给速度为0.7 mm/min时加工出了轮廓完整且表面光洁的叶片,验证了流场仿真优化的合理性。     

异形深孔电解加工过程的流场优化

针对异形深孔电解加工过程中进出口流场突变现象、加工间隙流场分布不均、工艺稳定性相对较差等问题,以深径比12∶1的异形孔零件为研究对象,对加工开始、加工稳定、加工穿透各个阶段流场分布进行仿真优化研究。通过导流结构、多孔通液阴极结构保证电解加工进出口流场平稳性;采用合理的电解液压力、复合进给加工模式等措施改善流场分布均匀性,避免空穴现象。基于流场仿真优化结果,开展了异形深孔连续电解加工试验,孔尺寸精度可控制在0.03 mm。     

球槽曲面电解加工流场设计及试验研究

球槽曲面是一种球形轮廓扫掠曲线所形成的包络曲面,该曲面所构成的零件驱动轴和螺杆常应用于盘式制动器,可采用电解加工实现高效加工.采用数值分析方法研究了两种电解液流动方式的三种方案对流场的影响,得出电解液侧向短流程方案的流场均匀性较好,并进行了电解加工试验验证.其次,采用数值分析方法研究了导流结构参数、电解液入口压力和压力对流场的影响,并选择最优参数进行了电解加工试验验证.最后,选择不同极间电压与进给速度进行球槽曲面电解加工试验,得知极间电压与平衡间隙成正比、进给速度与平衡间隙成反比,尽量小的极间电压与高进给速度,可得到较好的工艺稳定性.     

螺旋电极微细电解加工的流场仿真与实验研究

采用CFD(Computational Fluid Dynamics)计算软件FLUENT,对螺旋电极微细电解加工间隙内复杂流场的变化做数值模拟分析,分析了加工间隙、电解液流速及压力等因素对流场的影响,获得最优的流场分布,从而提高了微细电解加工稳定性。     

叶盘叶栅多管电极电解加工流场均匀性研究

多管电极电解加工可在一次进给过程中同时加工整体叶盘的多个叶栅通道,然而多管电极加工中常出现电解液分流不均问题,导致个别电极加工区缺液而引起短路.为实现多管电极稳定加工,提出了一种多叶栅通道电解液流量控制方案,在加工过程中对进入每一叶栅通道的电解液流量实时监测调节,实现多叶栅通道加工电解液流量均匀一致.基于该方案,开展整体叶盘扇段多叶栅通道电解加工试验,成功实现了整体叶盘扇段7个叶栅通道同时电解加工.试验结果表明:各叶栅通道电解液流量均匀一致,加工所得的工件重复度和精度高,并显著提高了叶栅通道的加工效率.     

背压正流式恒间隙法电解加工实验研究

以一种可实现恒定加工间隙的方法为对象,设计了电解液背压式正向流动的方式,以提高加工过程的稳定性。采用有限元方法开展了流场仿真研究,优化了出液口结构。分析表明:与开放式正向流动相比,背压式正向流动加工间隙内的流场更均匀稳定。为了验证流场设计的合理性,开展了恒间隙法脉冲电解加工对比实验。结果显示:与开放式正向流动相比,背压式正向流动加工过程的电流波动量从23%下降到4%,加工表面粗糙度值从Ra1.237μm下降到Ra0.608μm。实验结果证明采用背压式正向流动有助于提高恒间隙法电解加工的稳定性和表面质量,为电流效率曲线的精确测定提供了有效途径。     

旋转管电极电解钻孔试验研究

电解钻孔对于难切削材料的小孔加工具有明显优势,采用管状阴极并优化底部通液口结构、增加旋转运动等措施能有效改善电解液流场、消除空穴和分离流等弊端。基于电解钻孔试验,分析了工具阴极进给速度、电解液压力、加工电压、阴极转速对加工的影响,试验证明采用旋转管电极能显著提高加工过程的稳定性,提高小孔的加工速度和加工精度。     

整体叶盘回转辅助水平振动式抛磨的颗粒力学行为仿真分析

针对目前抛磨整体叶盘存在的加工效率低、均匀一致性差等加工难题,采用回转辅助水平振动式滚磨光整加工工艺对整体叶盘进行抛磨加工。基于离散元法模拟加工过程中颗粒的作用行为,探究颗粒对整体叶盘的作用行为特征、作用力变化规律、作用力分布特征。结果表明:颗粒在整体叶盘流道区域与两侧无工件区域具有不同的运动特征,两侧颗粒仅能作用于整体叶盘的两侧区域;整体叶盘回转过程中,叶片在进出流场区域时会受到一些突变力的作用,沿回转方向叶片表面受力呈先增大后减小趋势,而且改变回转方向影响颗粒对叶背、叶盆的作用力波动幅度;颗粒对叶片表面的作用力存在明显的强弱差异,作用力RSD值在30%～60%,叶背强作用力主要集中于进气及叶尖区域,叶盆强作用力主要集中于排气及叶尖区域。      

工件低频振动对微细电解加工材料蚀除速度的影响

基于电化学阳极溶解原理的微细电解加工技术在特种加工技术中占据着重要的地位。然而,微小间隙内电解液更新困难、电解产物难以及时有效排出,一直是制约该技术发展的瓶颈。利用自行设计的低频振动装置,通过工件低频振动辅助的方法进行微小孔电解加工实验,结果表明：该方法改善了加工区域的流场条件,促进了加工区域电解产物的输运及电解液的更新,显著提高了工件材料的蚀除速度。     

变截面辊弯回弹机理研究

通过设定不同的边腿高度、边腿成形半径、板厚和材料属性等工艺条件,建立了柔性变截面辊弯有限元模型,对型材边腿在辊弯过程中的回弹现象进行了仿真研究和试验验证。结果表明:边腿高度在变截面辊弯回弹过程中起到主导作用,且不易受到其他因素的干扰,边腿成形半径对回弹角的影响作用仅次于边腿高度,板厚和材料属性对回弹角的影响相对较小。型材变截面边腿部分在折弯过程中沿成形方向会受到较大的附加变形,从而产生更大的纵向应变,成形完毕后其内部积累了更大的纵向残余应力,直接导致变截面边腿回弹量的增大。     

电解加工中振动与放电控制系统设计

为了提高叶片电解加工(ECM)精度,设计了一种基于FX2N系列可编程序控制器(PLC)和AVR单片机(MCU)系统的振动进给和周期性放电控制系统.分析了该控制系统的控制要求,详细阐述了该控制系统硬件组成和相关软件的设计.试验表明该控制系统具有稳定性好、可靠性高、实时性好等优点.     

钛合金与镍基高温合金薄片振动辅助电火花加工工艺参数优化研究

在航空发动机叶片的电解加工过程中,由于存在加工间隙,导致加工后的叶片边缘存在尺寸与形状误差。采用电火花加工并辅以振动对叶片边缘进行粗、精加工修整,考虑到电火花加工参数与工件材料加工特性存在不确定性,通过正交试验探究了粗加工的峰值电流、脉冲宽度、振幅和振动频率对材料去除率、工具电极相对体积损耗率的影响。采用横截面尺寸为29 mm×0.5 mm的钛合金和镍基高温合金薄板作为工件进行长度2 mm的切断实验,通过极差分析法和方差分析法获得加工最优参数,并得出镍基高温合金、钛合金材料去除率最高分别达12.99、13.13 mm3/min,为后续利用成形电极对叶片边缘进行精密修整提供可参考的有效电加工参数。     

Simulation of fabrication for gas turbine blade turbulated cooling hole in ECM based on FEM

Electrochemical machining (ECM) is an important manufacture technology in machining difficult-to-cut materials without tool wear and residual stress. In this study, ECM is used to machine the turbulated cooling hole on gas turbine blade for enhance efficiency of aircraft engine. However, because of the eroded size is hard to be determined in ECM, a new approach by employing computer simulation method is applied to overcome this difficulties. Mathematical model based on the various parameters is developed. Finite element method (FEM) is selected to analyze the electric field distribution and compute the corrosion process of the material by using the time-dependent simulation method. Minimum deviation of the simulated anode profile shape from the experimentation is performed. Furthermore, this proposed method could reduce the number of trials and save the expense greatly.     

涡轮叶片电解加工阴极设计方法研究

电解加工技术是目前航天航空发动机核心零部件涡轮叶片的主要加工方法之一。叶片电解加工工具阴极设计方法与修正是提高叶片电解加工精度的关键。电解加工中阴极进给角度、工件装夹角度和工件型面法线方向夹角的规范性和均匀性是影响阴极设计准确性的重要因素。分析某小型发动机涡轮转子叶片三维模型结构,建立叶片型面上各采样点对应的阴极工具型面加工间隙的分布规律模型。优化阴极进给角度与毛坯件装夹角度,结合电场仿真分析进行优化,研究提高阴极型面设计精确度的电解加工阴极型面模型的设计方法。     

整体叶盘电解旋转套料加工实验研究

为了提高整体叶盘的加工效率、降低加工成本,开展了整体叶盘扭曲叶片电解预加工实验研究。通过分析叶型结构及对电极片内孔尺寸进行理论计算,设计了整体式加工阴极,并针对TC17钛合金材料开展了加工实验。结果表明:采用整体式加工阴极的电解加工方法能一次性去除大部分金属,实现整体叶盘大扭曲叶片的小余量一次性成形加工,叶型单边最小余量为2 mm。     

小孔径内壁螺旋形结构电解加工试验研究

以小孔内壁为加工对象,设计螺旋型刃阴极,研究电解加工小孔径内壁螺旋形结构成形规律。分析了小孔径内壁螺旋槽电解加工成形基本理论,设计并制作了螺旋形阴极;基于ANSYS软件进行电场仿真,分析不同加工间隙和电压时的电场分布情况;利用FLUENT软件分析不同初始加工间隙时的流场分布情况,通过流场分析优化了阴极结构,解决了由于存在涡流现象导致加工质量差的问题;通过正交试验分析各参数对加工结果的影响规律。采用优化参数加工所得螺旋槽最大深度为0.672 mm,误差为0.017 mm,表明数控电解加工小孔径内壁螺旋形结构切实可行。     

综合改善微细电解加工精度的工艺研究

电解加工的阳极电化学溶解原理使其在微细加工领域具有巨大的发展潜力,但杂散腐蚀和流场条件恶劣制约加工精度的提高.分析了影响微细电解加工的主要因素,提出综合改善微细电解加工精度的工艺途径.理论分析和实验研究均表明:将LIGA工艺制备高质量微细阵列电极、电极侧壁绝缘、高频脉冲电流及非线性电解液加工、电极间歇回退伺服控制等方法有机结合,能有效约束电场、改善流场,提高微细电解加工的精度.     

提高航空发动机叶片反拷法电解加工精度的实验研究

反拷法电解加工涉及不可逆的二次电解加工过程,加工精度很难控制,无法满足航空发动机叶片的制造需求。在分析反拷法电解加工误差产生原因的基础上,以提升加工精度为目的,提出了小加工间隙反拷法电解加工方法。以加工典型的航空发动机叶片为例,开展不同加工间隙条件下的反拷法电解加工对比实验,结果表明:加工间隙由拷贝工具0.49 mm/反拷工件0.53 mm减小至拷贝工具0.23 mm/反拷工件0.23 mm,叶片型面轮廓精度由0.14 mm提升至0.05 mm,该结果验证了提出方法的有效性。     

混凝土搅拌运输车搅拌罐内部流场的CFD分析

搅拌叶片是搅拌设备的主要部件,叶片周围的流动是相当复杂的三维、非定常、不可压缩粘性流动,搅拌罐内流体的流动状态直接影响搅拌叶片的性能.为了进一步获取搅拌罐内部三维流场的其它参数,为搅拌叶片的设计提供理论依据,以有限元法为依据,对搅拌罐内部流场的速度、压力进行CFD分析,初步得出了搅拌罐内部流场主要特征和分布规律.