面向自适应加工的精锻叶片前后缘模型重构

针对精锻叶片前后缘数控加工在加工边界出现"台阶"等问题,提出面向自适应加工的模型重构方法。首先,根据精锻叶片的特点给出前后缘加工工艺方案。其次,根据工艺方案建立在机测量模型并进行路径规划。在此基础上,依据前后缘实际几何型面参数以及理论模型各截面前后缘圆弧圆心和半径允差,提出重构模型圆弧圆心及半径搜索算法;根据各截面的测量点拟合线、理论截面线以及搜索的圆弧圆心和半径,建立重构前后缘模型。最后,通过对比重构模型与理论模型的偏差以及数控加工试验证明该方法能够有效地减小锻造叶片叶身实际型面与前后缘在衔接处的"台阶"缺陷问题,为复合制造工艺背景下精锻叶片前后缘加工成型提供依据。     

航空发动机精锻叶片自适应数控加工技术

航空发动机精锻叶片自适应数控加工技术集成了数字化检测、工件定位和模型重构等数字化制造领域中的多项技术,是实现以精锻叶片为代表的复合制造工艺背景下叶片类零件高效精密加工的一种系统解决方案。该技术的研究与应用对于改善我国航空发动机精锻叶片制造领域现状,提升先进制造技术水平具有重要意义。     

多目标约束的精锻叶片几何重构优化算法

新型航空发动机已部分采用精密锻造工艺提高叶片的制造精度和效率。然而,精锻后的叶身型面与设计模型存在几何偏差,导致依据设计模型加工后的进/排气边与精锻的叶身型面不能很好地匹配。为了解决该问题,提出一种面向精锻叶片自适应加工的几何重构方法。首先,建立基于公差约束配准的目标函数,并采用粒子群优化（PSO）算法求解目标函数。其次,提出基于叶身变形趋势预测进/排气边轮廓的光顺重构算法。最后,通过精锻叶片自适应数控加工实验对提出的方案和算法进行验证。实验结果表明,该方案可以有效重构出合格的工艺模型,满足精锻叶片的精密数控加工要求。     

薄壁环型火焰筒转接段精密制造技术

薄壁环型火焰筒转接段为薄壁环型冲压拉深成形件,其外廓尺寸大、壁薄、刚性差,结构形状非常复杂,要求的制造精度非常高.同时所使用材料为一种新型高温合金,尚未掌握其冲压工艺性.本试验应用冲压成形、激光加工、机械加工等技术,通过科学地设计制造工艺,成功地加工出高精度的零件,为其它类似冲压成形件的研制奠定了技术基础.     

面向航空复杂薄壁零件智能加工的进化建模方法

航空复杂薄壁零件的材料加工性能差、加工过程的强时变性和多态性(工件的几何、动力学特性,刀具磨损状态在加工过程中变化剧烈)导致建模难度较大.为了提高航空复杂薄壁零件的加工精度,首先根据薄壁零件加工工艺,通过对加工时间进行离散,建立了零件加工过程4维多态模型.针对具体工序模型的演化过程,建立了几何演化模型、动力学演化模型以及刀具磨损演化模型,最后通过误差补偿进化模型建立了整个加工过程的闭环控制,通过迭代学习方法实现了非线性误差的建模.     

复杂异形截面薄壁环形件动模液压成形研究

 液压成形技术是成形薄壁零件的一种有效的解决方法。针对具有异形截面结构的某型发动机高温合金薄壁环形件,提出了液压成形结合动模轴向加载的复合成形方法,依据塑性力学方法和增量理论对成形过程进行了应力应变特征分析,并建立了有限元模型。基于有限元模拟和工艺试验,研究了筒坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中壁厚过度减薄、材料堆积"折叠"、形状不对称等失效形式,提出了优化的工艺参数。结果表明,提出的工艺方法可实现复杂异形截面薄壁环形件的整体精确成形,采用优化的筒坯成形区高度和液压加载路径可获得壁厚分布均匀、成形质量较好的零件。     

电连接器壳体冷挤压成形技术

冷挤压成形技术是指在室温条件下 ,由模具借助锻压机械的压力 ,将金属坯料压制成所需形状的工艺技术 ,是一种少切削、无切削加工工艺。采用冷挤压技术成形金属零件 ,与传统的机械切削方法或铸造法相比 ,具有节省原材料、降低能源消耗、提高生产效率、提高零件的几何精度、提高强度和刚度、可加工形状复杂的异形零件等优点。本成果经过多年试验 ,已成功地把冷挤压成形技术应用到电连接器的铝合金壳体的生产中 ,制造出多种圆形、矩形电连接器的铝合金壳体零件。采用本项技术制造的铝合金壳体壁薄质轻比强高 ,形状复杂质量好。最小壁厚可达 0 .…     

基于CMM的薄壁叶片型线测量点分区域采样规划方法

薄壁叶片具有型面复杂,刚性差,加工误差大且分布不均匀的特点。传统的测量点采样规划方法只考虑了薄壁叶片的几何特征,而忽略了其加工误差的分布情况。这直接导致叶片型线重要形状信息丢失,更造成有限测量资源的浪费,限制三坐标测量机精密、高效测量性能的发挥。针对以上问题,提出一种测量点分区域采样规划方法。在测量点采样过程中,既利用叶片型线的几何特征,又兼顾叶片加工误差的分布情况。首先,根据薄壁叶片的特点,提出测量点采样规划的原则;然后,基于所提出的原则,依次从测量区域划分和测量点计算两方面,对测量点分区域采样规划方法进行研究;最后,在实际叶片上,对所提出的方法进行试验验证和对比分析。结果表明,所提方法在满足薄壁叶片几何特征的同时,更加适应其加工误差的分布情况,并且能够提高测量效率和精度。     

薄壁碗状壳渐进成型技术的应用

薄壁零件如汽车覆盖件、机翼、导弹壳体、燃料储箱等在汽车、航空、航天、船舶、家电、机械等行业有着广泛的应用。本文通过对某产品薄壁纯铝碗状壳渐进成型制造工艺的综合分析,阐述了在薄壁回转体零件的加工中,如何通过选择不同的制造工艺,采用“分层制造”思想,将复杂的三维数字模型沿高度方向分解成一系列等高线层,从而实现对产品的渐进塑性成型加工,希望此文对同类型的产品的制造有所借鉴。     

基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法

镜像铣加工装备及其加工工艺是蒙皮零件加工的有效手段,其特殊工艺对加工刀轨提出了等步距、无交叉、无抬刀且无残留等特殊要求。针对蒙皮零件加工特征的复杂形状,在满足等步距、无抬刀、无交叉的条件下对加工残留区域进行刀轨优化是一个难题。为解决以上难题,本文提出了一种基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法。该方法基于特征将蒙皮零件的工艺信息与几何信息相关联,自动提取加工特征的加工面及其对应的刀轨,将刀轨分割成若干段子刀轨,并构建子加工区域,再利用布尔并运算得到最终可加工区域。然后对加工面区域与最终可加工区域求布尔差识别出加工残留区域,并根据加工残区位置自适应生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的优化刀轨。以典型复杂蒙皮零件验证本文提出的方法,结果表明,基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法可自动识别加工残区,并生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的加工残区优化刀轨,为提高蒙皮零件数控编程效率提供技术支撑。     

压气机叶片型面精密数控铣加工技术应用研究

为了提高压气机叶片型面和进、排气边转接圆角的数控铣加工质量,在工艺、夹具、数控加工模型与程序以及检测方法等方面采取了攻关措施,减小了叶片型面精铣加工的变形,实现了叶身型面的精密铣削加工,对型面采用毡轮修光去除铣削痕迹后,经过3坐标、小半径投影仪等设备的测量,进、排气边转接圆角的形状和型面轮廓度、位置度各项要求的加工质量得到了质的提升,其合格率由20％提高到75％以上,加工效率和刀具耐用度提高1倍以上,使叶身型面精密铣削技术具备了精品叶片批量生产的工程化应用技术基础.     

叶片加工误差对压气机性能的影响

在压气机三维动叶片结构参数中,叶型的前缘角、后缘角、前后缘形状、弦长、厚度、不同叶高位置这6个典型参数同时受加工误差影响,对压气机性能影响较大。为找出叶片加工误差对压气机性能的影响规律,对某跨声速压气机转子叶片的加工误差进行了研究,针对加工误差引起的上述6个典型结构参数变化,归纳出3个加工水平,并采用正交实验法设计出27个样本,通过数值计算对所有样本的性能进行对比分析。结果表明这6个典型结构参数的加工误差综合作用对压气机的总压比、效率、流量影响较大,增加的最大量分别为2.02%、1.47%、1.87%,减小的最大量分别为-0.87%、-1.42%、-0.88%,极差分析表明影响效率的主要参数为前缘角误差、厚度误差,影响总压比的主要参数为前后缘形状、厚度误差、不同叶高位置,影响流量的主要参数为前缘角误差、前后缘形状,回归线性分析证实压气机效率、流量的变化与上述典型参数的加工误差综合作用成线性关系。     

上游叶片尾迹对转子叶片非定常表面压力频谱特性影响的研究

为了研究上游叶片尾迹对轴流压气机转子叶片非定常表面压力的影响,采用在叶片表面埋设微型压力传感器的方法,测量了一个单级低速轴流压气机转子叶片的非定常压力分布。对转子叶片非定常压力分布的分析显示:转子叶片压力面非定常表面压力主要受上游叶片尾迹影响,其主导频率为上游叶片尾迹频率及其倍频,压力波动幅度随上游叶片尾迹的衰减而沿流向减弱。转子叶片吸力面非定常压力受叶片附面层和上游叶片尾迹共同影响,其主导频率为上游叶片尾迹频率及其倍频,但是在吸力面前部气流加速区压力波动幅度沿流向增大,而在吸力面后部气流减速区压力波动幅度沿流向减小。在存在尾缘分离的情况下,在分离区附近产生较大压力波动。尾缘气流分离产生的压力波动频谱中含有上游叶片尾迹频率及其倍频的分量,但其频谱可能比较复杂,并非单一地受上游叶片尾迹影响。      

基于拐点检测的椭圆弧叶型前后缘评定算法

叶片前后缘的形位对叶片气动性能有着显著影响,且其分割结果也严重影响特征参数的精密计算。现有的叶片前后缘分割算法大多基于拓延算法的实现与改进,但是拓延算法本身尚不能自适应叶型截面尺寸来分割点云,而后续的改进算法在轮廓线误差控制上仍有待加强。针对叶片截面线前后缘的点云精确分割问题,参照椭圆弧叶型的造型设计特点,提出了基于拐点检测的前后缘评定算法。通过对截面线点云旋转、截取、顺时针排序以及拐点检测处理,实现了在高精度测量条件下对叶片前后缘的精确分割。最后设计了对比实验,验证了本文算法可以定性地分割叶片前后缘,并在线轮廓误差上保持了较低水平;论证了在逐点拓延椭圆拟合过程中,从凹性点即开始影响线轮廓误差。     

锯齿尾缘叶片气动特性和绕流流场的数值研究

以基于NACA 0018翼型的锯齿尾缘仿生叶片为研究对象，采用大涡模拟的方法研究锯齿相对齿宽与相对齿高对锯齿尾缘叶片的气动特性和非定常绕流流场的影响规律和机制.研究表明，尾缘锯齿参数对叶片气动性能的影响是复杂的非线性过程，在一定来流攻角范围内能提高升阻比，但失速提前.如在9.4°~14.8°来流攻角范围内，不同相对齿宽系列叶片的升阻比高于原始叶片，升阻比与锯齿相对齿宽之间没有线性关系.研究还表明，锯齿尾缘能延迟边界层分离，加速尾迹的流动掺混和能量扩散，改变非定常涡结构和涡脱落频率.相对齿高的变化对非定常流动特性的影响更为显著.尾缘锯齿诱导的二次湍流射流和吸力面侧反向涡对改变了原始叶片的绕翼环量，进而影响锯齿尾缘叶片的气动特性和绕流流场特性.      

叶片前缘高精度重建方法研究

叶片前后缘的形状对发动机的气动性能有非常重要的影响。对叶片前后缘的精确建模是高质量加工的前提。现有的叶片前缘大多为圆弧或椭圆弧。为了实现精确建模,本文首先运用一种基于带约束的最小二乘方法对数据点进行拟合,然后用拟合的结果作为初值,根据椭圆的极线性质进行更精确地求解。实例表明本文的方法在对椭圆弧的拟合中具有比Fitzgibbon方法更好的鲁棒性及更高的精确度。在重建前缘时,一些事先难以排除的出格点极大地影响了拟合精度,鉴于本文方法具有较好的鲁棒性,本文提出了以前缘点为中心,对于逐次增加数据点多次运用本文的拟合方法,最终排除出格点的方案。数据实验验证了这一方案的有效性。总之,本文提出的拟合方法非常适合于在逆向工程中对叶片前缘的重建。      

Machining fixture for adaptive CNC machining process of near-net-shaped jet engine blade

Low stiffness and positioning problems are difficulties and challenges in the precise machining of near-net-shaped blades. This paper aims to achieve high accuracy in manufacturing by fixture- and deformation-control in the adaptive CNC machining process. Adaptive CNC machining technology is first analyzed, and new fixture-evaluation criteria and methods to evaluate the adaptive CNC machining process fixture design are built. Second, a machining fixture is designed and manufactured after analyzing its positioning scheme, clamping scheme, materials (PEEK-GF30), and structure characteristics. Finally, the designed fixture is analyzed by FEA and experimentally verified by a cutting experiment. The results show that the deformation of the blade is an overall rigid-body displacement, the main deformation of the blade-fixture system occurs on the four clamping heads, and this fixture can effectively protect the blade from local deformation. The proposed clamping-sequence method reliably and effectively controls the local maximum deformation of the blade. The system stiffness is increased by 20 Hz, with each clamping force increased by 200 N. Both high- and low-frequency displacement in roughing milling or finishing milling are acceptable relative to the accuracy demand of blade machining. This fixture and an adaptive CNC machining process can achieve high accuracy in blade manufacturing.     

An investigation on adaptively machining the leading and tailing edges of an SPF/DB titanium hollow blade using free-form deformation

Titanium hollow blades are characterized with lightweight and high structural strength, which are widely used in advanced aircraft engines nowadays. Superplastic forming/diffusion bonding (SPF/DB) combined with numerical control (NC) milling is a major solution for manufacturing titanium hollow blades. Due to the shape deviation caused by multiple heat and pressure cycles in the SPF/DB process, it is hard to manufacture the leading and tailing edges by the milling process. This paper presents a new adaptive machining approach using free-form deformation to solve this problem. The actual SPF/DB shape of a hollow blade was firstly inspected by an on-machine measurement method. The measured point data were matched to the nominal SPF/DB shape with an improved ICP algorithm afterwards, by which the point-pairs between the measurement points and their corresponding points on the nominal SPF/DB shape were established, and the maximum modification amount of the final nominal shape was constrained. Based on the displacements between the point-pairs, an accurate FFD volume was iteratively calculated. By embedding the final nominal shape in the deformation space, a new final shape of the hollow blade was built. Finally, a series of measurement and machining tests was performed, the results of which validated the feasibility of the proposed adaptive machining approach.