带冠整体涡轮盘电火花加工成形电极的设计与制造

以带冠整体涡轮盘电火花加工专用CAD/CAM系统(BliskCad/Cam)为辅助工具,详细介绍了某带冠整体涡轮盘电火花加工成形电极的设计和制造工艺,通过加工实验,得到满足精度要求的成形电极。     

带冠整体式涡轮盘的CAD/CAM

大推力液体火箭发动机逐渐采用带冠整体涡轮叶盘替代不带冠叶盘，以提高推重比、可靠性。为了解决带冠整体涡轮盘加工存在的技术难点，开发了叶盘加工专用CAD／CAM软件模块——TBCam，并以此作为辅助工具，对某液氢液氧发动机氧泵转子一级叶盘进行了加工实验。实验证明，TBCam解决了叶盘电火花加工中电极设计、电极加工和叶盘加工轨迹搜索等技术疑难，显著缩短了加工准备时间，实现了高精度加工。     

榫槽结构浸没式管电极内喷液电解切割加工

在航空发动机中，用于连接涡轮盘和叶片的榫槽/榫头结构加工精度、表面质量要求极高，现有加工技术还不能实现涡轮盘榫槽结构的低成本、高效、高质量加工。电解线切割具有加工精度高、加工表面质量好、加工灵活性强等特点，对涡轮盘榫槽结构的低成本加工具有原理性优势。针对管电极内喷液电解切割时，切缝侧壁表面粗糙度不均匀问题，提出了浸没式管电极内喷液电解切割加工方法。在较为稳定、均匀的外部流场和快速流动的加工间隙内部流场共同作用下，实现了大厚度难加工材料的高效高质量加工。结果表明，相比于管电极内喷液电解切割，浸没式管电极内喷液电解切割加工出的切缝侧壁表面粗糙度比较均匀，整体加工质量较好。优选出内喷液压力，以4.5μm/s的进给速度在20 mm厚的高温合金GH4169工件上加工出表面粗糙度为Ra 1.247μm的涡轮盘榫槽结构。     

扭叶片整体涡轮电火花成形加工技术

论述了扭叶片整体涡轮的结构特点、加工现状以及其几何造型方法。提出了基于电铸工艺来制造低损耗成形工具电极,由电火花成形加工方法加工整体涡轮弯扭叶片的高效、低成本组合工艺。根据整体涡轮叶间通道的特点以及工艺要求,研究了成形电极的运动轨迹和位姿确定。     

基于产品模型的涡轮盘榫槽拉刀快速设计系统

为有效解决涡轮盘榫槽拉刀设计周期长和效率低的问题,提出基于产品模型的榫槽拉刀快速设计方法。该方法通过特征识别和参数提取获得涡轮盘榫槽型面的加工特征参数,建立适应不同齿数的涡轮盘榫槽拉刀通用模板,通过参数关联将提取出的加工参数信息转化为拉刀设计信息,并驱动涡轮盘榫槽拉刀模型模板生成相应的榫槽拉刀。上述研究成果缩短了榫槽拉刀的设计周期,提高了榫槽拉刀的设计效率,并实现了涡轮盘设计部门、工艺设计部门、榫槽拉刀工艺装备部门之间基于三维产品模型的有效协作。     

GBS算法在一类特殊自由曲面造型中的应用

提出了用电火花加工创成整体涡轮的流道曲面电极加工面造型的问题,首次将外推法中的GBS算法应用于电极曲面的造型过程中,设计得到了无干涉电火花精加工电极加工面,用算例证明了所提出算法的可行性及有效性。     

闭式整体叶盘成组电极高效电弧成形加工技术

带叶冠的闭式整体叶盘可为液体火箭发动机涡轮泵、航空涡轮发动机等产品提供优异性能，但更高的加工难度也成为制约加工成本和生产能力的瓶颈。目前通常采用电火花加工、电化学加工工艺加工该类开敞性不足的闭式流道，主要问题在于加工效率较低，制造成本昂贵。为此，提出一种使用成组电极在大电流、长脉宽放电条件下进行多流道并行开粗加工的高效电弧加工方法。首先分析了高效电弧放电加工对成组电极设计的要求，提出一种具有内冲液结构的多头成组电极设计方法，然后借助流体仿真工具对电极内部冲液通道的分流结构进行了优化设计。通过试制一款闭式整体叶环，对该方法实际效果进行了验证，测算了加工过程的材料去除率、电极损耗率。结果显示，与此前提出的单头电极电弧加工相比，使用该成组电极后材料去除率提高了62.9%。得益于更高的材料去除率和更少的辅助操作，同款叶盘的开粗用时缩短为常规电火花加工工艺的8.7%。     

“整体叶轮变载面叶型电加工工艺”通过部级技术鉴定

三七○厂完成的“整体叶轮变截面叶型电加工工艺”科研课题已通过部级技术鉴定.针对涡轴六机离心叶轮导风轮和整体涡轮盘叶型难加工的技术关键、课题组从一九七九     

粉末冶金涡轮盘精密加工技术研究现状

先进航空发动机涡轮盘的结构集成化和粉末冶金成形方式的采用给机械加工带来了新的挑战,难加工特征多、材料切削效率低、加工表面质量不易保证、加工易变形等问题十分突出。为此,国内外研究者提出了很多加工涡轮盘的方法。在深入分析涡轮盘结构和粉末冶金材料切削性能的基础上,阐述了涡轮盘关键特征的加工难点及对应的加工方法,并对加工表面完整性控制做了详细分析。同时,结合目前机床和磨削技术进展、涡轮盘的新结构和粉末冶金材料带来的加工难点,总结了粉末冶金涡轮盘加工刀具选用原则,并指出电加工开粗+超硬磨料磨削组合加工的方式是实现粉末涡轮盘榫槽低成本精密高效加工的有效方法之一。     

粉末冶金涡轮盘破裂转速分析与验证

结合改进前粉末冶金涡轮盘的破裂情况、断口分析和破裂转速分析方法,从提高总体强度、降低局部应力和应变、降低残余变形、控制加工工艺等方面,采取增大倒圆、增加辐板厚度等方法对粉末合金涡轮盘进行了结构和工艺上的改进。通过对比分析改进前后涡轮盘的局部应力应变、整体屈服强度储备和残余变形,及后续的涡轮盘破裂转速试验均表明,本文采取的改进措施效果明显,能显著降低破裂位置处的局部应力、提高径向屈服强度及降低盘缘残余变形。     

Electrode design using revolving entity extraction for high-efficiency electric discharge machining of integral shrouded blisk

The integral shrouded blisk provides better performance with minimum weight, but its semi-open structure presents problems for its production. Manufacturing processes of these components require a removal of about 70%-90% of material from their blanks. Multi-axis electrical discharge machining (EDM) is commonly used for these processes, but its poor efficiency cannot meet the requirements of mass production. Strong flushing assisted high-current discharge is able to improve the machining efficiency. In this paper, this method was applied to manufacture the integral shrouded blisk. An electrode design method was proposed. Taking the largest revolving entity inside the flow channel as the base geometry, this laminated arc-shaped hollow electrode meets the requirements such as high pressure flushing, tool wear compensation, and easy to be made. A 4-axis linkage machining tool path with planetary motion was proposed. Taking an integral guide vane ring as an example, it has been experimentally verified that the time consumption for each channel using this method was reduced to a half of the ordinary EDM method, while the finished surface quality remains same.     

非谐带冠叶盘系统动特性的统计特征

基于带冠叶盘的二维子结构循环非线性力学模型,用概率统计的方法讨论了带冠叶盘系统的非谐调对其固有特性以及受迫响应特性的影响,重点研究了叶冠间非谐调耦合程度的影响。叶冠间的耦合参数以及叶片的一阶频率参数被设为服从正态分布。给出了考虑干摩擦时系统最大振幅发生的概率、均值和标准差     

带冠预扭涡轮叶片模态分析及动应力测试验证

介绍了航空发动机带冠预扭涡轮叶片非线性接触预应力模态分析机理,并以ANSYS软件为平台,对某型涡轴发动机动力涡轮叶片进行了模态分析。结果表明：非线性接触预应力模态分析方法得到的叶片盘9～13节径1阶频率与动应力测试频率在变化规律上保持一致,差别基本稳定在12%～13%,计算精度较传统方法有了明显的提高。     

某高压涡轮整体叶盘破裂转速计算方法及试验验证

轮盘的一个重要设计准则是防止其破裂。本文介绍了某高压涡轮整体叶盘破裂转速的计算方法和试验验证。根据试验结果对整体叶盘破裂转速的计算方法进行了验证，反推并验证了该高压涡轮整体叶盘的材料利用系数。该研究成果可供工程设计人员参考。     

带冠涡轮叶片干摩擦阻尼减振试验研究

为验证某型真实带冠涡轮叶片叶冠干摩擦阻尼减振效果,本文建立了可实现正压力连续调节的非旋转状态涡轮叶片试验系统,对不同接触紧度、不同接触角度的真实带冠涡轮叶片的振动响应进行了测试。通过试验分析了叶冠接触面紧度、接触角度等重要参数对带冠叶片振动特性和减振效果的影响规律,结果表明：带冠涡轮叶片出现了明显的非线性现象,同时存在一个最优的接触紧度使得该带冠涡轮叶片的减振效果最佳。接触角度的选取应综合考虑叶冠振动能量的消耗能力和带冠涡轮叶片共振频率的稳定性。     

涡轮带冠叶片干摩擦阻尼减振试验

设计一套涡轮带冠叶片干摩擦阻尼减振试验系统,并利用该试验系统对阻尼块与叶冠之间不同接触紧度、不同接触面积以及采用不同材料阻尼块时涡轮叶片动力特性和减振效果进行了分析研究.结果表明接触紧度、阻尼块的接触面积、材料以及外部激振力共同影响涡轮叶片的减振效果,共同决定该系统是否存在最优正压力以及最优正压力存在时的范围或大小.另外,激振力的变化将导致叶片的响应、系统阻尼比、共振频率以及最优正压力等一系列参数变化.试验结果能够为理论计算提供数据验证,为指导涡轮带冠叶片的减振设计提供依据.      

带冠叶盘的二维子结构循环非线性力学模型及其响应特性

提出了带冠叶盘的二维子结构循环非线性力学模型,该模型考虑了叶片振动方向与叶冠摩擦面之间的夹角,是对单自由度子结构循环模型的改进。同时给出了对应于二维子结构循环模型的运动方程并对基于这一模型的系统的响应特性进行了分析,特别研究了叶冠摩擦面角度的影响。     

Trajectory control strategy of cathodes in blisk electrochemical machining

A turbine blisk, which combines blades and a disk together, is one of the most important components of an aero engine. In the process of blisk electrochemical machining (ECM), the sheet cathode, which is usually used as a tool electrode, has a complicated structure. In addition to that, the channel between the adjacent blades is narrow and twisted, so interference is apt to happen when the sheet cathode feeds into the channel. Therefore, it is important to choose suitable trajectory control strategy. In this paper, a new trajectory control strategy of the sheet cathode is presented and corresponding simulation analysis is conducted on the basis of an actual blisk model. The simulation results demonstrate that the sheet cathode can feed into the channel by a spatial line trajectory without interference. Moreover, the verification experiments are carried out according to the simulation. The experimental results show that the cathode can move into the channel without interference. It is verified that the new trajectory control strategy is correct and can be used in the blisk ECM process successfully.     

Advanced multiple response surface method of sensitivity analysis for turbine blisk reliability with multi-physics coupling

To reasonably implement the reliability analysis and describe the significance of influencing parameters for the multi-failure modes of turbine blisk, advanced multiple response surface method(AMRSM) was proposed for multi-failure mode sensitivity analysis for reliability. The mathematical model of AMRSM was established and the basic principle of multi-failure mode sensitivity analysis for reliability with AMRSM was given. The important parameters of turbine blisk failures are obtained by the multi-failure mode sensitivity analysis of turbine blisk. Through the reliability sensitivity analyses of multiple failure modes(deformation, stress and strain) with the proposed method considering fluid–thermal–solid interaction, it is shown that the comprehensive reliability of turbine blisk is 0.9931 when the allowable deformation, stress and strain are3.7*10~(-3)m, 1.0023*10~9 Pa and 1.05*10~(-2)m/m, respectively; the main impact factors of turbine blisk failure are gas velocity, gas temperature and rotational speed. As demonstrated in the comparison of methods(Monte Carlo(MC) method, traditional response surface method(RSM), multiple response surface method(MRSM) and AMRSM), the proposed AMRSM improves computational efficiency with acceptable computational accuracy. The efforts of this study provide the AMRSM with high precision and efficiency for multi-failure mode reliability analysis, and offer a useful insight for the reliability optimization design of multi-failure mode structure.