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。     

型孔电解加工阴极优化试验研究

为解决电解加工型孔的加工稳定性和形状精度等问题,建立了异形孔电解加工稳定过程中加工间隙数学模型,分析了工具阴极结构对加工区域和非加工区域的电场及其均匀性以及其对电流密度与加工效果的影响,通过优化工件结构改善了加工间隙内的电场分布,使工件形状精度显著提高,并进行相关试验对仿真结果进行验证。得出结论:在相同的电解加工参数下,工具电极的结构对工件的形状精度有着显著的影响,通过优化工具电极结构,改善加工间隙内的电场分布与电流密度,让加工间隙内的流场更为稳定,使工件侧壁垂直度提高,提高了电解加工的形状精度与加工稳定性。     

大扭曲叶片整体涡轮电解加工工艺设计与试验

介绍大扭曲整体涡轮的结构特点、应用及加工现状，对叶片型面离散型数据进行分析处理，设计电解加工阴极、流场及夹具。根据整体涡轮叶间通道的特点及加工要求，设计电解加工多轴联动进给方案，完成数控编程并进行大扭曲整体涡轮电解加工试验，为生产应用创造了工艺条件。     

聚磁提高复杂型腔电解加工精度的研究

由于电解加工受电化学、电场、流场等多种因素的交互影响,阴极的形状并不是工件形状的简单拷贝,因此往往要对阴极进行反复修整。为提高七工位复杂型腔电解加工的精度和阴极设计周期,进行了不添加磁场、镶嵌聚磁磁路的电解加工装置及夹具的设计。采用按工件型面等间隙缩小设计的整体阴极进行电解加工试验。经切片测试分析显示,添加聚磁磁路较不加磁场的工件成形精度提高33.3%,表面粗糙度值达Ra0.16μm。结果表明:聚磁技术是减少阴极设计周期、降低成本、提高电解加工精度的一条有效途径。     

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。     

微小凹坑阵列的电解转印加工试验研究

研究表明,合理的表面织构可改善活塞汽缸中摩擦副的润滑特性,提高抗磨减摩性能.试验了用电解转印法加工凹坑阵列,对加工中阴阳极之间的封闭区域建立数学模型,并进行了ANSYS电场分析.试验研究了阴极掩模胶膜厚度、加工间隙、加工电压对微坑形貌的影响,通过优化加工参数,提高了微小凹坑阵列的均匀性与微坑加工精度.采用光刻工艺制备了直径为10 μm、厚度为40 μm的阴极掩模,以此进行电解转印加工,可获得平均直径为140 μm、深度为30 μm的凹坑阵列.     

矩形截面内喷式阴极展成电解加工平面的工艺试验

采用矩形截面内喷式阴极进行展成电解加工平面的工艺试验，得到了阴极送进速度、工作电压、初始间隙与电解加工间隙和电解去除量之间的关系曲线，以及阴极送进速度和工作电压与加工表面粗糙度之间的关系曲线，并对试验结果进行了分析。     

复合进给对锥形孔电解加工过程的影响

为提高锥形孔加工精度,采用圆锥阴极复合进给的电解加工工艺方案,首先分析了阴极复合进给对加工间隙流场的影响,从促进加工间隙电解产物的排出及优化间隙流场的角度证明了复合进给能有效提高电解加工精度。基于自主研制的复合进给电解加工装置系统进行了工艺试验,研究了复合进给参数对锥形孔孔径及锥度的影响。最后,采用优选的工艺参数加工出的锥形孔能满足现有喷油嘴锥形孔的加工要求,且加工过程稳定。     

异型结构零件高效电解加工工艺

介绍了航天发动机高温合金异型结构零件的电解加工工艺方案,并分析了试验结果。通过合理设计工具阴极和选用合适的电解加工工艺参数,可实现异型结构零件的高效电解加工。     

混气电解加工试验总结

利用在电解液中混入具有一定压力的气体的方法,进行电解加工,不仅能提高加工精度,而且能简化阴极制造工艺,使电解加工向前发展了一步,尤其对精度难以掌握的型面和型腔加工,近年来得到了较好的应用。为掌握混气加工的规律性,我们和西工大一起对混气电解加工中的气液混合比、气液流量、送进速度及混合腔的结构等因素对加工精度的影响进行了试验。由于试验条件的限制,试验范围较小,试验结果也有一定的局限性,仅供参考。试验条件     

整体式蜂窝阵列孔电解加工试验研究

针对整体式蜂窝阵列孔电解加工过程中孔壁尺寸控制难题,以壁厚沿孔轴线变化的阵列蜂窝孔为研究对象,对蜂窝孔壁电解成形壁厚尺寸控制进行电场和流场仿真。结果表明：改变阴极加工刃结构、进给速度参数等措施能有效调控侧面加工间隙,进而控制壁厚成形尺寸;附加阴极振动能够改善加工间隙流场,从而提高壁厚成形尺寸一致性。基于仿真优化结果开展整体式蜂窝阵列孔电解加工试验,可控制蜂窝孔壁成形精度在±0.04 mm。     

整体叶盘电解加工组合式阴极结构优化及试验研究

在整体叶盘电解加工中,组合式阴极受狭窄加工区空间的限制,整体刚性难以提升。同时,组合式阴极结构特点使叶盆、叶背阴极刚性相互制约,若刚性分布不均,较弱一方会产生较大变形,影响加工精度和重复精度。为了在有限的刚性条件下均衡刚性分布,提出了一种阴极刚性优化方法,以叶盆、叶背阴极变形差为目标函数,通过有限元单向流固耦合分析法与黄金分割法获得了某组合式阴极的最优结构。采用优化结果开展了工艺试验,试验样件具有较好的加工重复精度。     

复合超声振动的脉冲电流电解去毛刺试验研究

针对针阀体喷孔采用脉冲电流电解去毛刺后,存在喷孔内入口处倒圆半径偏差较大、喷孔流量分散度较大的问题,提出采用超声辅助振动工具阴极进行小初始加工间隙电解去毛刺加工,分析了复合超声振动的脉冲电流电解去毛刺工艺特点.针阀体喷孔电解去毛刺试验数据表明:采用超声辅助振动工具阴极后,倒圆半径偏差得以减小,流量分散度有所降低.     

基于流体动压效应的扫描阴极掩膜电解加工试验

针对目前掩膜电解加工深度溶解能力受限问题，以微凹坑阵列为研究对象，提出了基于流体动压效应的扫描阴极掩膜电解加工新方法。利用高流速电解液冲刷微凹坑表面堆积的电解产物，提高深度溶解能力，并且借助扫描阴极射流产生的流体动压效应使掩膜与工件表面动态贴合，从而简化工艺装置设计。基于加工试验，探讨了不同平底阴极结构和加工参数耦合作用对微凹坑尺寸变化的影响，最终实现直径259.8μm、深度44.1μm和直径418.1μm、深度102.7μm微凹坑阵列的加工，论证了扫描阴极掩膜电解加工方法具有提高深度溶解的能力。     

多阶内锥孔液力自驱动旋转磁场辅助电解加工

针对电解加工多阶内锥孔类零件表面质量差的问题,提出了液力自驱动旋转磁场辅助电解加工方法,建立液力自驱动旋转流场模型并进行流场仿真,结果表明：当阴极叶片为3片、叶片厚度为0.8 mm、电解液流速不低于5 m/s时,阴极芯轴尾部叶轮可实现稳定旋转。在此基础上,设计了液力自驱动旋转磁场辅助电解加工阴极,在加工电压10 V、电解液温度30℃、电解液压力1.6 MPa、阴极进给速度5 mm/min时,利用复合电解液进行添加旋转磁场和不加磁场的多阶内锥孔电解加工工艺对比试验,结果显示：在相同加工参数下,添加旋转磁场加工的工件表面粗糙度值为Ra0.437μm,较无磁场大幅降低。     

应用数据表进行电解加工阴极设计

通过合理设计工艺试验。建立了电解加工阴极设计数据表，首创应用数据表进行阴极设计的方法，通过活扳手扳口锻模型腔加工的阴极设计和加工试验，证明该方法可大大缩短阴极迭代修正的次数和时间，降低阴极设计的难度。     

棒状阴极光整加工不可展直纹面叶片的误差计算

在成形规律研究的基础上，讨论了棒状阴极光整加工直纹面叶片对阴极半径对加工精度的影响，并提出了减小加工误差的方案。     

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。     

电化学腐蚀法制备倒锥状微细电极的试验研究

以电化学腐蚀加工法为基础,提出了一种加工复杂形状微细电极的工艺方法.利用端面绝缘的方法改变阳极的局部导电性,使阳极和阴极之间的电场分布发生变化,从而得到倒锥状微细电极.通过试验成功地制备出倒锥状微细电极,并结合对比圆柱状电极进行了微孔电解加工试验,结果证明倒锥状电极在微孔电解加工中能获得更好的加工定域性.     

棒状阴极光整加工不可展直纹面叶片的误差计算

在成形规律研究的基础上，讨论了棒状阴极光整加工直纹面叶片对阴极半径对加工精度的影响，并提出了减小加工误差的方案。