整体叶盘电解加工工艺研究

针对某发动机整体叶盘,开展了电解加工工艺研究,在整体叶盘电解加工设备上进行了大量的工艺试验,对其加工工艺进行了摸索.通过对试件加工,初步掌握了整体叶盘叶型电解加工的工艺规律,确定了加工工艺参数,为整体叶盘电解加工的工程化应用打下基础.     

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。     

整体叶盘电解加工全过程电流控制方法研究

提出了叶盘型面电解加工的全过程电流控制方法,基于电流控制思想,通过全程控制电流这一重要参数,使其在多次加工中基本保持一致,从而提高型面加工的重复精度。开展了电流控制方法的理论分析,掌握了工具进给速度和电流变化的对应关系,形成了加工过程中的电流调控策略,并设计了以电解加工电流为调控目标的实时运动调节系统。针对Ti60整体叶盘开展了一系列对比试验研究,结果表明:采用该电流控制方法可保证多次加工电流的一致性,进而保证加工间隙及型面重复精度。叶盆、叶背受控线重复精度可控制在0.06 mm,有效地保证了每次加工精度的一致性。     

整体叶盘叶栅通道径向进给电解加工电场仿真和试验研究

采用径向进给电解加工技术加工整体叶盘,建立了基于电场分布的电解加工数学模型,用有限元分析方法对加工过程进行模拟和求解,探讨了径向进给电解加工的成形规律,并分析了屏蔽式工具电极和非屏蔽式工具电极的成形差异,最后开展了相关工艺试验.结果表明,试验结果和仿真结果较吻合,采用屏蔽式工具电极比采用非屏蔽式工具电极加工的叶栅通道侧面间隙更均匀,加工后叶盆余量差从4.11 mm减小到2.58mm,叶背余量差从3.76 mm减小到2.53 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。     

钛合金精密振动电解加工参数优化

钛合金是航空航天工业中应用广泛的一种难加工材料,对加工过程中参数选择要求较高.利用正交试验法对不同的精密振动电解参数加工钛合金试件表面效果进行对比,并结合阴极进给、脉冲参数、脉冲开通角、加工电压等关键因素对实际加工过程的影响,优选出各参数间的合理匹配方式,探索了钛合金精密振动电解加工的参数优化方法.     

整体叶盘叶栅通道电解加工工具电极进给方向优化设计

整体叶盘叶栅通道的加工是在叶片型面精加工至满足设计要求之前不可缺少的工艺步骤。设计了工具电极径向进给加工叶栅通道的模式,为了提高整体叶盘叶栅通道余量分布的均匀性,还提出了电极进给方向的优化策略。分析了通道型面在进给方向上的前后遮挡情况,比较所有采样点在与进给方向垂直的方向上坐标分量的差值,得到不同进给方向的余量差。以通道叶盆、叶背型面余量均匀、余量差均衡为准则,搜索出最优进给方向。在电解加工机床上展开试验研究,结果表明,采用优化后的进给方向进行加工,可获得余量更均匀、两侧型面余量差较均衡的叶栅通道。     

整体叶盘叶栅通道径向进给电解加工成形规律研究与阴极设计

整体叶盘叶栅通道的加工是在叶片型面精加工满足设计要求之前不可缺少的工艺步骤。工具电极径向进给加工叶栅通道的模式,可有效解决整体叶盘叶栅通道轮毂型面加工困难的问题。分析了径向进给加工时的侧面的成形规律,利用不同角度的楔形阴极工具开展试验研究,掌握侧面成形规律及二次腐蚀对成形的影响;根据侧面成形规律计算出工具电极截面数据,并拟合成工具电极型面。选择合理加工参数,利用设计出的工具电极在自行研制的电解加工机床上开展试验研究。结果表明,采用该方法设计出的阴极可加工出余量更均匀的叶栅通道。     

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.     

钛合金叶片型面电解加工工艺研究

通过对某型机钛合金叶片型面电解加工工艺技术的研究,总结了叶片电解加工的一般规律.在工艺试验中研制了电极及夹具,同时获得了可靠的工艺参数,保证了零件加工质量,积累了钛合金叶片型面电解加工的经验,为航空发动机生产提供了强有利的支持.     

工艺参数对TC4钛合金电解加工速率及加工质量的影响

目的 研究工艺参数对TC4钛合金电解加工速率及加工质量的影响。方法 采用三因素三水平的正交试验方法,通过实验研究了频率、占空比及加工间隙对加工速度及加工质量的影响规律,对正交试验结果进行了F检验,对加工参数的显著性进行了分析。采用激光共聚焦显微镜表征工件表面形貌及测量工件表面粗糙度。建立了电解液内流场数值仿真模型,获得了电解加工过程中加工区域电解液流动的规律。结果 本研究中电解加工频率及加工间隙对电解加工材料去除量的影响显著,占空比对材料去除量的影响不显著,在加工间隙为0.2 mm、加工频率为100 Hz的条件下,材料去除量最大,为0.261 g,表面粗糙度最低,为0.484 μm。降低加工间隙或提高加工频率,均有利于提高材料去除量,降低工件表面粗糙度。电解加工区域内的电解液流速分布规律与电解加工区域加工深度具有较好的一致性。结论 电解加工频率及加工间隙对电解加工速率及电解加工质量均有较大的影响,在实际加工过程中,应减小加工间隙,提高加工频率,以提高电解加工速率,降低加工表面粗糙度。加工区域内,电解液流速分布的均匀性对工件加工表面的均一性有一定影响,应合理设计夹具,以提高加工区域内电解液流速均匀性,从而提升加工表面均一性。     

钛合金叶栅套料电解加工表面质量研究

针对TC4钛合金叶栅套料电解加工易点蚀、表面质量差的问题,开展了直流和脉冲电解加工对比研究,设计了脉冲电解加工正交试验,优化了脉冲电压、频率、占空比和加工速度等参数。试验结果表明:脉冲电解加工能减少钛合金点蚀凹坑,提高表面质量,在22 V电压、80%占空比和1000 Hz频率时,加工叶型表面完整无点蚀,加工效率高。     

含气率对钛合金TC4混气电解加工特性的影响

针对钛合金TC4材料在不同含气率下的混气电解加工特性,设计了一种可调节含气率的气液混合装置,利用钛合金TC4台阶面毛坯进行对比实验,研究含气率对钛合金TC4混气电解加工的整平能力、加工表面质量及杂散腐蚀的影响。结果表明:相比于常规电解加工技术,混气电解加工可显著提高钛合金TC4的加工整平比,大幅减少杂散腐蚀,且含气率越大,整平比越高,杂散腐蚀程度越低;但含气率的增大会使材料去除率下降,且混气电解加工钛合金TC4的表面质量低于常规电解加工。     

钛合金TC4电解加工表面质量的试验研究

钛及其合金在航空和宇航工业中有重要的作用,但在电解加工过程中存在着特殊性.其特殊性体现在:加工表面易形成钝化膜使加工困难以及非加工表面易形成点蚀影响表面质量.对钛合金TC4进行了电解加工试验,对样件进行了分析、比较并研究了影响表面质量的工艺因素.结果表明:采用脉冲电源,选择浓度合适的NaCl电解液和恰当的电参数加工能获得较好的表面质量.     

钛合金磨料流光整加工表面完整性研究

目的 研究磨料流光整加工钛合金格栅表面完整性。方法 用电火花加工制备钛合金试样,通过磨料粒径、加工压力、加工次数的单因素试验,来研究其对试样表面粗糙度和表面形貌的影响规律,选用三种初始粗糙度不同的钛合金试样来进行磨料流光整加工效果试验,对比分析磨料流光整加工对试样表面残余应力的影响,进行加工次数的单因素试验研究磨料流加工过程中其对工件表面显微硬度的影响。结果 对于钛合金试样来说,磨料粒径和加工压力越大,表面抛光效果越明显,表面粗糙度就越低。当磨料粒径从38 μm增加到420 μm时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.815 μm降低到0.824 μm;当加工压力从8 MPa增加到24 MPa时,相对应的表面粗糙度值Ra从4.314 μm降低到1.398 μm。而随着加工次数的增加,表面粗糙度值Ra从整体上呈现下降趋势,最后趋于稳定,当加工次数从10增加到80时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.925 μm降低到0.307 μm,并且最后稳定在0.300 μm附近。钛合金试样经磨料流光整加工之后,表面残余应力由原来的拉应力变成了压应力。随着加工次数的增加,钛合金试样表面显微硬度整体上呈现先减小后增大的趋势,当加工次数从10增加到50时,显微硬度值从532.83HV降到357.73HV,当加工次数从50增加到90时,显微硬度值从357.73HV上升到393.48HV,试样表面显微硬度的均匀性也显著增加。结论 增大磨料粒径和加工压力或者增加加工次数,都能降低工件表面粗糙度,钛合金工件经过磨料流光整加工之后,表面完整性有较大改善。     

航空发动机钛合金叶片喷丸强化残余应力研究

目的 研究航空发动机钛合金叶片残余应力场,掌握叶片喷丸后和使用后的残余应力分布规律,为评估叶片的安全性和可靠性提供依据,为预测叶片剩余寿命提供数据支持.方法 利用X射线衍射技术测试并研究航空发动机钛合金风扇叶片和压气机叶片喷丸后表面残余应力场、喷丸后残余应力沿层深的分布规律和使用后的残余应力衰减规律.结果 喷丸后风扇叶片残余应力的90%分布在-600~-800 MPa,其残余应力均值为-682 MPa;压气机叶片残余应力的90%分布在-500~-700 MPa,其残余应力均值为-603 MPa.喷丸后风扇叶片和压气机叶片的表面残余应力约为-610 MPa,在次表面层11μm和13μm处存在一个最大残余压应力,分别为-739 MPa和-683 MPa,随后残余压应力随着深度的增加而逐渐减小.风扇叶片使用300 h后应力分布在-460~-720 MPa,使用600 h后应力分布在-430~-700 MPa;压气机叶片使用300 h后应力分布在-470~-670 MPa,使用600 h后应力分布在-360~-620 MPa.结论 喷丸后钛合金叶片表面存在较大的残余压应力且分布较为均匀;喷丸后钛合金叶片残余压应力随层深的增加先增大后减小,残余应力场深度约为50μm;使用后的钛合金叶片残余应力有衰减趋势,而且随着使用时间的增加,残余压应力衰减量逐渐增加.     

掩膜电解微坑阵列对钛合金表面疏水性能的影响

为了提高钛合金表面的疏水性能,采用润湿理论模型与多物理场耦合仿真相结合的方法,建立接触角与掩膜电解加工工艺参数之间的直接映射关系,揭示微坑阵列掩膜电解加工对表面疏水性能的作用。建立接触角与微坑阵列几何尺寸间的表面疏水理论模型,对掩膜电解加工进行多物理场耦合仿真;理论模型与仿真结果相结合,获得了接触角与掩膜电解加工工艺参数之间的直接映射关系。此外,以表面接触角为因变量,以电解质质量分数、掩膜尺寸和电解电压为自变量,进行正交试验仿真和计算,获得了最佳工艺参数组合并进行试验验证。与仿真计算相比,试验测量得到的微坑阵列直径、间距、深度、表面接触角误差分别为2.49%、6.87%、7.40%、6.01%,从而表明该方法在未经低表面能材料修饰的情况下,成功制备接触角约为141°的微坑阵列疏水表面。     

方形阴极数控电解加工工艺试验研究

采用4种不同方案的方形阴极进行电解加工工艺试验,并对正交试验结果进行极差分析,得到工作电压、阴极进给速度、电解液压力、初始间隙对切削深度的关系曲线.通过比较4种不同方案阴极对切削深度的影响,得出最优的阴极结构.在此基础上,选取合适的工艺参数组合,进行方孔的电解加工试验.