磁力研磨法对整体叶盘的抛光工艺研究

针对航空发动机所用整体叶盘经五轴数控铣削后所产生的加工纹理难以去除的问题,提出利用磁力研磨柔性加工的特性——磁性磨料在磁力的作用下形成磁粒刷仿形压附在工件表面,从而实现研磨抛光整体叶盘的目的。通过对磁力研磨加工整体叶盘的研磨原理及磁性研磨粒子的受力情况进行详细分析,得出整体叶盘经磁力研磨加工后原有的铣削加工纹理被有效去除,表面粗糙度由研磨前的0.82μm降低至0.25μm,验证了磁力研磨工艺对整体叶盘具有良好的研磨抛光效果。     

超声振动辅助磁力研磨协同增效机制与试验研究

磁力研磨加工技术因其加工工具为柔性的磁粒刷,可以自适应对复杂自由曲面仿形研磨加工。为了提高磁力研磨的加工效率,引入超声波振动和改变磁极形状等措施,建立超声振动辅助磁力研磨系统;论述了磁场发生源的选择和磁极形状优化设计的基本思想;通过理论分析和具体的试验结果验证了加入超声振动增加磁性研磨粒子对工件表面的瞬时研磨压力,提高材料去除率达到协同增效的目的;改变磁极形状可以引入磁场强度变化率,促进磨料切削刃的自我更新,改善表面质量。以上综合作用可以提高磁力研磨加工效率和加工件表面的研磨质量。     

非导磁不锈钢管材内外表面的磁力研磨

针对非导磁材料难以采用磁力研磨的问题,本文研制了特定的磁路,磁极表面场强达8kGOs以上,并成功地对3mm壁厚的不锈钢管材的内外表面进行了磁力研磨,尤其是外表面磁力研磨后表面粗糙度达0.06μm。     

航空发动机钛合金导管内表面精密研磨试验研究

航空发动机外部导管大都是钛合金弯管,弯管在冷弯过程中产生的内表面缺陷用传统的研磨方法难以去除,是一个技术瓶颈问题。利用磁力研磨加工方法可以实现钛合金弯管内表面的研磨抛光。从航空发动机内部钛合金导管的应用案例出发,解析了磁力研磨钛合金弯管内表面的基本原理,同时分析在设计研磨装置过程中的关键技术问题,在磁场发生源和磁极运动轨迹构成以及磁极形状设计等方面,加以理论解剖和有限元模拟分析,得到了一套较完善的工艺方案,试验结果表明磁力研磨加工方法对弯管内表面缺陷去除起到良好的作用。     

整体叶盘叶片磨抛工艺参数优化

以整体叶盘作为加工对象,为提高其叶片表面加工质量,降低表面粗糙度,展开整体叶盘磨抛工艺参数(如砂带粒度、砂带线速度、进给速度)的优化.首先,进行整体叶盘数控磨抛试验,其次,应用信噪比优化磨抛工艺参数,最后,选最优工艺参数对整体叶盘进行磨抛试验,加工表面测量结果表明,整体叶盘表面粗糙度显著降低,满足叶盘表面加工质量要求.     

基于控制线的开式整体叶盘叶片四轴数控加工刀轴控制方法

针对开式整体叶盘叶片数控加工中存在的干涉及刀轴变化稳定性问题,提出了一种基于刀轴控制线的四轴刀轴矢量控制方法。阐述了基于刀轴控制线的四轴刀轴控制基本原理,通过对四轴无干涉刀轴摆动区间的计算,建立了四轴无干涉刀轴控制面;根据控制线生成准则,给出了在刀轴控制面上生成刀轴控制线的具体算法。实验验证表明,该方法不仅可解决开式整体叶盘叶片加工中的刀具干涉问题,而且有效避免了刀轴突变引起的叶片啃伤现象,明显提高了叶片表面的加工质量。     

磁研磨法对钛合金弯管内表面的抛光研究

航空发动机中所使用的钛合金弯管在加工时其内表面会产生微裂纹、褶皱等缺陷,用传统的研磨工艺难以实现对弯管内表面的抛光处理,而磁力研磨加工工艺却可以很好地解决这一难题。利用磁力线可以穿透钛合金弯管的特性,磁性磨料可以在外加磁场的作用下压附在弯管内表面,并随磁场高速旋转与弯管内表面产生相对运动,从而达到研磨钛合金弯管内表面的目的。本文对磁研磨法加工钛合金弯管内表面的研磨原理及磁性研磨颗粒的受力情况进行了的分析,并通过详细的试验研究得出:钛合金弯管内表面经过研磨后,原有的微裂纹、褶皱等缺陷得到明显改善,表面粗糙度值由R_a0.35μm降低到R_a0.12μm,验证了磁研磨法对钛合金弯管内表面的研磨抛光起到的良好效果。     

整体叶盘数控砂带磨削技术及其试验

针对航空发动机整体叶盘结构复杂、材料难加工,铣削加工后粗糙度无法达到设计要求,铣削纹理明显,目前的手工抛光难以满足整体叶盘表面质量和型面精度要求的现状,提出了整体叶盘数控砂带磨削技术及其工艺试验。概述了整体叶盘砂带磨削研究进展,分别从新型砂带磨削技术和自适应砂带磨削技术等方面阐述了整体叶盘全型面数控砂带磨削技术。介绍了整体叶盘全型面数控砂带磨削试验装置及其数控磨削加工软件,利用该装置完成了4种不同级别的整体叶盘精密磨削加工试验。结果表明:整体叶盘磨削后,表面粗糙度小于0.4μm,型线精度小于0.05mm,同时型面精度一致性显著提高。     

利用交变旋转磁场去除叶片气膜孔毛刺的试验研究

对航空发动机叶片采用电火花打出气膜冷却孔后产生的毛刺,用传统的加工方法难以去除,利用交变旋转电磁场带动微细磁针旋转与气膜冷却孔发生碰撞可有效去除叶片气膜冷却孔的毛刺。从理论上分析了磁力研磨法的工作原理、磁力研磨过程中磁针的运动方式以及影响磁力研磨加工效率的因素,并对气膜冷却孔进行磁力研磨抛光试验;采用3D超景深显微镜观察叶片气膜冷却孔研磨前后表面微观形貌的变化。试验结果表明:利用磁力研磨法可以有效去除叶片气膜冷却孔的毛刺,使表面形貌得到改善,满足工件的使用要求。     

高压水射流技术在整体叶盘高效加工中的应用

为提高整体叶盘的加工效率和降低加工成本,将高压水射流技术应用于整体叶盘的粗加工工艺中。分析了高压水射流技术的加工原理和设备结构,阐述了加工区域规划、工具选择和过程参数设置等关键工艺过程。通过高压水射流技术在钛合金整体叶盘粗加工中的应用实例表明:相对于数控粗加工,高压水射流技术可以使加工效率至少提高1倍,是整体叶盘高效粗加工的1种有效方式。     

基于压缩量偏差约束的整体叶盘砂布轮数控抛光路径规划

数控抛光是实现整体叶盘叶片表面光整加工自动化、高效化的关键技术,而抛光路径规划对表面质量有着显著的影响。在抛光曲面时,砂布轮沿接触曲线上的径向压缩量偏差导致材料去除量一致性较差。针对该问题,提出一种基于压缩量偏差约束的路径规划方法。通过对砂布轮受曲面挤压变形几何分析,建立了自由曲面抛光接触线上砂布轮压缩变形量分布模型。在给定刀触点处,以接触曲线上最大压缩量偏差最小化为评价指标构建了刀轴矢量优化模型,并利用改进的粒子群优化（PSO）算法进行求解。基于最优刀轴矢量,完成自由曲面上等参数相邻刀触轨迹曲线的计算。最后,通过数据对比和试验,验证了所提方法的正确性和有效性。结果表明,抛光区域的轮廓度、粗糙度均得到明显的改善。     

Improving profile accuracy and surface quality of blisk by electrochemical machining with a micro inter-electrode gap

Electrochemical machining (ECM) has emerged as an important option for manufacturing the blisk. The inter-electrode gap (IEG) distribution is an essential parameter for the blisk precise shaping process in ECM, as it affects the process stability, profile accuracy and surface quality. Larger IEG leads to a poor localization effect and has an adverse influence on the machining accuracy and surface quality of blisk. To achieve micro-IEG (<50 μm) blisk finishing machining, this work puts forward a novel variable-parameters blisk ECM strategy based on the synchronous coupling mode of micro-vibration amplitude and small pulse duration. The modelling and simulation of the blisk micro-IEG machining have been carried out. Exploratory experiments of variable-parameters blisk ECM were carried out. The results illustrated that the IEG width reduced with the progress of variable parameter process. The IEG width of the blade’s concave part and convex part could be successfully controlled to within 30 μm and 21 μm, respectively. The profile deviation for the blade’s concave surface and convex surface are 49 μm and 35 μm, while the surface roughness reaches R_a = 0.149 μm and R_a = 0.196 μm, respectively. The profile accuracy of the blisk leading/trailing edges was limited to within 91 μm. Compared with the currently-established process, the profile accuracy of the blade’s concave and convex profiles was improved by 50.5 % and 53.3 %, respectively. The surface quality was improved by 53.2 % and 50.9 %, respectively. Additionally, the machined surface was covered with small corrosion pits and weak attacks of the grain boundary due to selective dissolution. Some electrolytic products were dispersed on the machined surface, and their components were mainly composed of the carbide and oxide products of Ti and Nb elements. The results indicate that the variable-parameters strategy is effective for achieving a tiny IEG in blisk ECM, which can be used in engineering practice.     

砂布轮柔性抛光力的建模与参数优化

砂布轮柔性较大可以实现航空发动机叶片微面切触自适应抛光,提高叶片表面完整性和力学性能。抛光力是影响抛光表面完整性的关键参数,通过单因素试验分析确定了砂布轮抛光力的影响参数及其影响规律,通过正交试验和极差法确定了影响抛光力的主要参数是砂布轮的压缩量和转速;利用二元二次回归正交试验得出了抛光力的预测模型,利用该模型分析了抛光力预测误差变化趋势,明确了不同转速下抛光力主要影响参数的稳定域;整体叶盘的抛光试验表明：通过合理控制抛光力,可以实现表面粗糙度小于0.4 μm的抛光效果,且效率比人工提高20%。     

开式整体叶盘四坐标插铣开槽粗加工刀位轨迹规划

提出在开式整体叶盘的粗加工阶段,采用插铣加工代替传统的五轴数控加工点铣和侧铣,实现高效加工.提出将自由曲面蜕变为直纹面,将复杂自由曲面粗加工问题转化为简单的直纹面粗加工问题.这种方法的加工效率比传统加工方法提高约60%以上.     

径流与斜流涡轮设计的通流反问题方法

自主发展了径流及斜流涡轮的准三维流线曲率法通流设计程序,应用该程序给出了一项500 N推力级微型涡喷发动机斜流涡轮的气动设计和叶片造型.通过计算流体力学检验和整体叶轮强度检验,该微型斜流涡轮超过了预定的设计指标.为实现径流涡轮和斜流涡轮设计反问题的统一,流线曲率法的S_2,m流面准径向平衡方程是沿流线方向m和流线的准法线方向口写出,该系统也可用于轴流涡轮的设计.采用了在所有计算站上的"全可控涡法"进行气动设计.      

面向型面精度一致性的整体叶盘砂带磨削新方法及实验研究

由于整体叶盘由多个叶片组成,根据"木桶定律",整体叶盘的性能和寿命取决于型面精度(型线精度和表面质量)最差的叶片。因此,在满足整体叶盘型面精度的前提下,提高各叶片型面精度一致性对其性能和寿命具有重要的影响。提出一种面向型面精度一致性的砂带磨削新方法,一方面通过砂带周期性的往复运动结合自锐式磨削原理,实现型面铣削残差层的高效去除;另一方面通过砂带周期性的自动更新,保证各叶片的型面精度在同一截面具有高一致性。阐述并建立了面向型面精度一致性的砂带磨削新方法及其磨削控制方程。在此基础上,对某航空发动机整体叶盘的11个叶片进行了砂带磨削实验,并且运用标准差对整体叶盘型面精度一致性进行定量分析。研究结果表明:整体叶盘磨削后,表面粗糙度小于0.25 μm,型线精度小于0.05 mm,同时型面精度一致性显著提高,证明了该方法的有效性。     

整体叶盘抛光技术的研究现状及发展趋势

整体叶盘的表面质量和型面精度对航空发动机的气流动力性和使用性能影响巨大,而抛光是保证整体叶盘最终表面质量及型面精度的关键技术。针对目前国外对整体叶盘抛光技术及装备的严格保密、国内整体叶盘的抛光仍然广泛采用人工打磨的现状,对整体叶盘的抛光技术研究现状及发展趋势进行归纳总结,为整体叶盘的抛光及其自动化的发展提供参考。首先,概述了整体叶盘抛光加工的必要性及其重要性,分别从整体叶盘结构特性、材料特性和曲面特性等方面分析了整体叶盘的抛光工艺,并介绍了整体叶盘抛光工艺要求。然后,就整体叶盘磨料流加工、电解加工、砂带抛光等方面概述了国内外整体叶盘抛光技术及装备的研究现状,在此基础上提出了制约整体叶盘型面抛光技术发展的关键问题及其研究内容和解决方案。最后,根据整体叶盘的技术现状及核心关键问题指出了整体叶盘抛光技术的发展趋势。     

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.