异形型腔组合电加工数字化制造技术研究

针对难切削材料整体构件上深窄、甚至弯扭异形型腔的加工难题,提出了数控电解/数控电火花组合电加工的工艺方案,同时应用数字化制造技术,力求优质、高效、低成本、快速响应地实现航空航天发动机等薄壁、复杂整体构件上异形型腔的加工,具有重要的实用价值与应用前景。     

钼钛锆合金材料特殊型腔的组合 放电加工方法的研究

钼钛锆合金的耐高温和抗高温高速燃气冲刷等优点,使其被广泛应用为航天发动机控制模块的结构材料,但其高效精密加工一直是应用中的难题.因此,采用线切割及电火花(WEDM+EDM)组合放电加工的工艺,开展了钼钛锆材料固体发动机燃气阀特殊型腔加工的组合工艺研究.与传统切削加工相比,该方法具有加工精度高、表面质量好和具备加工复杂型腔的能力;与单一电火花加工相比,具有加工效率高、电极损耗小等优点.通过某型号固体发动机燃气阀的加工试验,采用组合工艺完成了燃气阀体的上下异形面型腔、阶梯异型孔、窄槽和异形盲孔等特殊型腔的高效高精度加工.     

三元流闭式叶轮组合电加工技术研究Ⅰ——总体方案设计及关键技术

针对难切削材料三元流闭式叶轮上复杂弯扭型腔的加工难题,提出数控电解(NC-ECM)/数控电火花(NC-EDM)组合加工数字化制造技术方案。本文重点论述了其总体方案设计及关键技术,包括总体工艺流程设计,数控电解预加工中阴极及运动轨迹设计,数控电火花精加工中电极及加工轨迹设计,工装夹具设计以及加工参数的选择与优化等问题。成功试制了合格的某型三元流闭式叶轮,试验结果表明,组合电加工技术能够满足三元流闭式叶轮的实际生产要求。     

基于电解扫掠成形原理的整体叶盘叶根加工方法

采用片状或管状阴极电解加工(ECM)后的整体叶盘由于加工运动、阴极形状等原因在叶根处会形成一定的加工残留,影响整体叶盘的加工精度。针对叶片电解加工后形成的叶根残留,开展去除叶根残留电解加工方法的研究,解决叶根电解加工的阴极结构、加工路径设计等难题。首先,分析了叶根的残留分布情况以及叶间通道的结构,采用了电解扫掠成形加工方案。其次,设计了阴极结构与加工路径,在阴极结构上采用了扇形流道并分析了电解液流速分布,通过增加引流槽、改变倾角等措施改善了流场;对阴极的运动路径进行了规划,利用专用仿真软件对阴极运动干涉与加工程序进行了检验;通过附加叶盘转动补偿了由于不同截面内叶间通道宽度与阴极刃口尺寸不一致给加工带来的不足。最后,制作了电解加工装置并通过试验对叶根电解加工方法进行了验证。试验结果表明,该加工方法有效去除了叶根残留,加工表面质量好,加工精度达到了要求。     

汽车轮毂挤压铸模型腔造型设计及加工

结合CAD／CAM软件UGⅡ的应用．阐述了汽车轮毂挤压铸模型腔造型及数控加工技术．并介绍了型腔设计及加工中所产生的各种问题的解决方法。     

提高电解加工模具成型精度的新途径--高频、窄脉冲电流源电解加工(HSPECM)

分析了电解成型加工误差的特性;阐述了高频、窄脉冲电流源可以较大地缩小截止加工间隙及最小平衡加工间隙,提高阳极溶解集中蚀除能力从而较大幅度地提高电解成型精度,解决直流电解加工模具中因成型精度低而伴生的侧面扩张量大、转接圆角大以及工具阴极设计制造复杂、成本高等问题.研究表明HSPECM是提高模具型腔电解加工精度的有效途径,为精密模具加工提供了一种先进、可行的新工艺技术.     

整体构件异形曲面电解加工运动分析与设计

为了解决整体构件异形曲面的加工难题，提出了展成电解加工及电解光整加工的方法，分析展成运动方式，讨论确定机床进给运动方案，重点探讨直纹面整体构件叶片间通道电解加工及异形曲面电解光整加工的进给运动参数设计方法，分析并给出合理的流场设计方案。通过优化异形曲面电解加工的数控编程、完善工艺设计与试验，最终加工出了合格件。     

异形曲面电解加工进给运动分析与设计

介绍了整体构件异形曲面的特点、应用及加工现状,分析了异形曲面电解加工的展成运动方式,讨论了直纹面整体构件叶片间通道电解加工及异形曲面电解光整加工的进给运动参数设计方法。     

精密电解套料阴极设计与优化

通过对整体叶盘的结构特点、技术要求和材料特性等分析,确定了电解加工技术方案,分析了电解加工套料阴极设计及轨迹计算、成型阴极设计、参数优化等3大关键技术,重点针对套料加工阴极型面设计、流场设计、轨迹计算、间隙计算等关键步骤进行了详细论述,并通过试验进一步反复优化,解决了流场不均、火花短路等问题,最终验证了工艺可行性,且套料电解加工的叶盘余量较为均匀,能够满足后续精电解加工要求,取得了良好效果.     

大长宽比深窄槽电解加工阴极结构设计

为解决钛合金大长宽比深窄槽电解加工过程中阴极结构刚性差的问题,设计了内部带有加强筋的镂空片状阴极结构,并采用单向流固耦合法研究了加强筋数量、加强筋与侧壁夹角对阴极整体刚性的影响规律。仿真结果表明,阴极结构添加3根加强筋时,阴极整体刚性得到显著提高。另外,阴极整体刚性随加强筋与侧壁夹角的增大而降低,综合阴极变形量与最大等效应力,确定了加强筋与侧壁夹角为45°时,阴极结构具有良好的刚性,能够满足试验要求。最后,采用自主研制的试验系统开展了大长宽比深窄槽电解加工工艺试验,选用优化后的阴极结构,可加工出长宽比11∶1、深宽比9∶1的深窄槽结构。     

Electrochemical trepanning with an auxiliary electrode

Electrochemical trepanning (ET) is one of the main methods for processing the blisks in aero-engines. However, stray corrosion in ET has a very negative impact on the machining quality of the blades. This paper proposes an innovative ET method with an auxiliary electrode surrounding the inner wall of the cavity above the cathode. Two-dimensional electric-field models are established and simulations are carried out with the auxiliary electrode at different positions and different electric potentials. The electric-field simulations show that adding the auxiliary electrode reverses the directions of the current lines in the processed area, thereby protecting it. The results show that when the distance from the bottom of the auxiliary electrode to the top of the cathode tool is 3 mm and the potential difference between the auxiliary electrode and the anode workpiece is 5 V, the area corroded by stray current is decreased. Experiments are performed under the parameter values determined by the simulations, and they confirm that this method is effective at reducing stray corrosion. Specifically, at a feed rate of 2.5 mm/min, the blade taper angle is decreased from 1.37° to −0.09°, the thickness of the leading and trailing edges is increased from 0.307 mm to 0.704 mm, and the average surface roughness is decreased from S_a =8.239 μm to S_a=7.028 μm.     

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。     

节流孔板位置对空心阴极特性的影响研究

为满足全电推进系统的宽放电电流范围需求,开展了节流孔板内移研究。将传统结构空心阴极的一部分发射体转移到节流孔板下游,即节流孔板夹放在两段发射体之间。对比测试发现,新结构阴极的阳极电压大约降低4V,空心阴极的内压提升约50%,供气管外壁最大温差由原来的94℃下降到25℃,阳极电压振荡小于8V。进一步,利用光谱诊断系统,对阴极羽流区进行了研究。通过对羽流区等离子体固定位置进行全谱(400nm～1000nm)扫描,发现节流孔板内移之后,阴极羽流区新出现了波长为529nm和542nm的光线。利用Kura相机拍摄的羽流区二维等离子体分布图像显示,当放电电流为4A时,阴极羽流区的Xe和Xe+的密度低于传统结构空心阴极。宏观特性测试结果显示节流孔板内置式阴极可以在更宽的电流范围内维持点模式工作。可用于需要宽放电电流范围的全电推进系统以及需要低阴极供气流量、高比冲的小型电推进平台。     

双路径自然增压铝合金2A12O充液拉深

 基于铝合金等难成形板材的需要,提出了双路径自然增压充液拉深新技术。用有限元法对铝合金2A12O双路径自然增压充液拉深进行研究,探讨径向压力和液池压力单独变化时对壁厚分布的影响;得到合理的液池压力和径向压力加载路径以及合适匹配比;分析了该方法中液池压力和径向压力成比例变化时,壁厚分布的变化趋势。结果表明：采用15.0~20.0 MPa的液池压力,并将液池压力经增压活塞1.45倍增压后引到毛坯法兰边缘,可获得壁厚分布比较均匀、成形质量较高的零件,并能显著提高板料的极限拉深比;液池和径向压力的比例变化影响成形零件的壁厚分布,并且在不同的成形阶段其影响趋势不同。对模拟分析得到的压力加载路径和增压比进行实验,得到拉深比达2.65的铝合金2A12O杯形件,并建立其成形合理的压力区域。     

Evolution of convex structure during counter-rotating electrochemical machining based on kinematic modeling

Counter-rotating electrochemical machining (CRECM) is a novel electrochemical machining (ECM) method, which can be used to machine convex structures with complex shapes on the outer surface of casings. In this study, the evolution of the convex structure during CRECM is studied. The complex motion form of CRECM is replaced by an equivalent kinematic model, in which the movement of the cathode tool is realized by matrix equations. The trajectory of the cathode tool center satisfies the Archimedes spiral equation, and the feed depth in adjacent cycles is a constant. The simulation results show that the variations of five quality indexes for the convex structure: as machining time increases, the height increases linearly, and the width reduces linearly, the fillets at the top and root fit the rational function, and the inclination angle of the convex satisfies the exponential function. The current density distributions with different rotation angles is investigated. Owing to the differential distribution of current density on workpiece surface, the convex is manufactured with the cathode window transferring into and out of the processing area. Experimental results agree very well with the simulation, which indicates that the proposed model is effective for prediction the evolution of the convex structure in CRECM.     

三元流闭式叶轮组合电加工技术研究Ⅱ——数控电解预加工

数控电解预加工是组合电加工技术中不可或缺的关键工艺,本文专题论述了三元流闭式叶轮数控电解预加工中阴极及其运动轨迹设计等关键技术。提出了采用多个阴极分区域加工流道的方法,利用先层切再叠加的方法将三维问题简化为二维问题处理而实现阴极加工型面的数值求解。在完成阴极结构优化设计专用工装夹具设计和数控加工程序编制的基础上,以某型三元流闭式叶轮为研究对象进行了加工工艺试验,并加工了符合设计要求的三元流闭式叶轮。试验研究表明,采取数控电解预加工工艺方案能够满足实际生产要求,可提高效率40%,降低电火花加工的电极损耗50%。     

Cathode design investigation based on iterative correction of predicted profile errors in electrochemical machining of compressor blades

Electrochemical machining (ECM) is an effective and economical manufacturing method for machining hard-to-cut metal materials that are often used in the aerospace field. Cathode design is very complicated in ECM and is a core problem influencing machining accuracy, especially for complex profiles such as compressor blades in aero engines. A new cathode design method based on iterative correction of predicted profile errors in blade ECM is proposed in this paper. A math-ematical model is first built according to the ECM shaping law, and a simulation is then carried out using ANSYS software. A dynamic forming process is obtained and machining gap distributions at different stages are analyzed. Additionally, the simulation deviation between the prediction profile and model is improved by the new method through correcting the initial cathode profile. Further-more, validation experiments are conducted using cathodes designed before and after the simulation correction. Machining accuracy for the optimal cathode is improved markedly compared with that for the initial cathode. The experimental results illustrate the suitability of the new method and that it can also be applied to other complex engine components such as diffusers.