基于六维力电解加工间隙在线检测试验研究

为了实时检测加工间隙,把流体作用在阴极上的六维力作为研究参数:设计通电解液不通电、通电加工两大类工况,从定性和定量两个角度分析六维力与加工间隙之间的关系;并以平面、斜面、叶片型面三种阴极进行试验加工,用最小二乘多变元线性拟合法,分别建立平面、斜面阴极加工的六维力与加工间隙之间的关系方程式,用叶片型面加工数据对建立的关系方程式进行检验与修正,得到最终的修正关系式:分析关系式各参量之间的关系,并得到结论:在15％的误差范围内,关系式可以用于在线检测加工间隙。     

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。     

基于流体力学的脉冲电解加工间隙在线检测的理论研究

为实现加工间隙的在线检测,建立间隙流场中流体运动的计算模型,分析作用在阴极面上的压力矢量分布, 并构建坐标系进行六维力分解,通过调整加工间隙及进口流速,建立阴极上的六维力与加工间隙之间的关系方程 式,用此关系式来实时检测加工间隙。     

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.     

精密展成电解加工整体叶轮的展成运动轨迹确定

介绍了以四轴联动方式精密展成电解加工直纹面叶型整体叶轮叶片型面时，叶片型面的拟合方法、展成运动的组成以及展成运动轨迹的计算方法。结合实际加工工艺，考虑加工间隙变化情况、工具阴极加工刃边宽度影响以及叶片表面形状影响等因素，对展成运动轨迹的修正算法进行了研究，并对某小型整体叶轮叶片型面进行了加工试验。加工后的叶片型面，其各给定截面内的叶片型线误差小于0．1mm，表面粗糙度Rn小于0．8μm。     

基于六维力的电解加工间隙检测的数值分析

为了实现实时检测电解加工间隙，把流体作用在阴极上的六维力作为研究参数，建立间隙流场中流体运动的计算模型，用流场计算软件FLUENT进行数值计算，分析作用在阴极面上的压力矢量分布，在阴极中心坐标系上把各分布的压力矢量进行合并，得到三力和三力矩的六维力；调整进口流速、出口背压等流场参数，用最小二乘法多变元线性拟合建立六维力与加工间隙的关系方程式。     

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。     

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。     

圆形出液口悬浮阴极平面电化学加工间隙建模及实验研究

提出利用极间电解液液膜支撑阴极悬浮形成加工间隙,通过调节流量和电流实现极间间隙的调节和控制的新方法。以圆形出液口悬浮阴极平面电化学加工为例,基于流体力学和电极过程动力学理论建立加工间隙的数学模型,得到间隙与流量、压差及电流之间的关系。利用Fluent软件对间隙模型流场特性进行分析,得到间隙中电解液的压力场和速度场的分布情况,进而得到进出口压差和出口流速;实验获得不同流量、电流条件下的加工间隙。理论模型计算结果和实验数据结果相近,变化规律基本一致。     

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。     

方形单元栅极式阴极电解加工的试验研究

对于电解加工,首先需要解决的问题是工具阴极的设计。传统的阴极设计与控制,不仅阴极的生产、制造周期长,成本高;还需要对阴极进行不断的对比修正,对操作者的经验和技术要求高;且一种工具阴极只能用来加工一种形状的工件,加工对象单一。针对传统阴极设计方法存在的不足,提出了栅极式阴极的设计与控制方法,并对三种规格的方形单元所组成的栅极式阴极进行了平面、斜面和型面的电解加工对比试验,分析了方形单元的尺寸大小与加工误差之间的规律,为提高栅极式阴极电解加工的精度和完善栅极式阴极的设计方法提供一定的技术支撑。     

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。     

整体叶盘型面电解加工阴极进给方向优化及试验研究

电解加工技术是航空发动机整体叶盘零件主流加工技术之一。电解加工中阴极进给方向与阳极型面法线方向夹角的均匀性是影响加工精度的重要因素。为进一步提升整体叶盘型面电解加工精度,针对工具阴极进给方向优化设计问题开展研究。通过研究阴极进给方向与阳极型面法线方向夹角变化对电解加工极间间隙的影响,在分析传统进给方向存在的不足基础上,提出一种叶盘电解加工阴极进给方向优化方法。该方法以阴极进给方向与叶片型面法线方向夹角集合中的最大夹角值为评判指标,以评判指标值最小为判优准则。为验证优化方法的有效性,开展整体叶盘电解加工中阴极进给方向优化设计,采用黄金分割法获得了优化进给方向的最优解。与传统进给方向相比,优化后的进给方向显著提升了夹角分布的均匀性。开展传统进给方向与优化进给方向的加工比较试验以及多叶片扇段加工试验,试验结果表明采用优化进给方向可显著提高加工精度。     

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。     

航空发动机复杂扭曲叶片分步电解加工研究

为实现复杂扭曲叶片在较小间隙下的稳定加工,提出了一种分步式电解加工的工艺方法,建立了复杂扭曲叶片小间隙(0.2 mm)和大间隙下(0.5 mm)扭曲流道的流道模型,采用有限元法进行了流场仿真研究,结果表明增加流道间隙可以解决流道中涡流和流场紊乱的问题。开展了复杂扭曲叶片小间隙连续式加工和分步式加工的试验研究。结果表明,采用小间隙连续式加工,当阴极进给至3.8 mm位置时,在叶片排气边靠近叶根流道扭曲处出现短路打火情况;而采用分步式加工方式能够实现加工的顺利进行。     

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。     

叶片类复杂型面电解加工的等几何数值分析方法研究

以航空发动机涡轮叶片的电解加工为研究对象,研究了其加工间隙的基于NURBS基函数的参数化几何建模方法,用以更好的逼近表达叶片的复杂边界曲面。建立了加工间隙内电场分布的数学模型,分析了加工间隙阴极工具和阳极叶片工件需要满足的边界条件,利用与几何建模相同的NURBS基函数作为逼近电势分布解空间的基函数。解决了边界条件施加时的非插值性困难。最后通过实验证明了等几何法在叶片电解加工中较传统有限元法具有统一数学模型,收敛速度更快等优势。     

数控电解精修整体叶轮叶片型面过切问题研究

针对直线刃简单阴极电解精修直纹面整体叶轮扭曲叶片时的过切问题,提出利用调整阴极运动轨迹的方法予以解决。利用给定数据点对叶片直纹型面进行拟合,通过对叶片型面进行离散推导出编制数控加工程序要求的各轴运动量计算公式。分析了扭曲叶片的几何特性,对利用具有一定宽度的直线刃阴极加工叶片型面时相邻区域产生过切的问题进行了分析,对过切量进行了计算,推导出了初始加工运动轨迹的修正方案,最终加工出满足要求的整体叶轮叶片。     

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。     

数控电解机械复合切割加工间隙研究

根据电解加工平衡间隙理论,建立了数控电解机械复合切割加工的物理和数学模型;基于FLUENT软件分析得到数控电解机械复合切割加工的间隙内流场分布规律,根据间隙内流场分布规律优化设计阴极,改善了流场分布。并以某一型号阴极为例进行试验研究,得到电压、主轴转速和电解液温度等加工参数与加工间隙的影响规律,求得对应条件下最快平衡进给速度,为实际加工提供依据。