基于单颗粒模型的航发叶片砂带磨削微观仿生锯齿状表面形成及实验

基于鲨鱼皮衍生出来的微观仿生表面被广泛应用于机翼等航空零部件的设计中，对于提高航空零部件的疲劳寿命、气流动力性等服役性能具有重要作用。砂带磨削能实现零部件表面的高完整性要求的加工，故常用于叶片、整体叶盘等复杂曲面的精密磨削，且能实现微观表面形状，但目前缺乏砂带磨削微观表面的系统研究从而难以实现其精确控制。首先，分析了微观仿生锯齿状表面的典型结构特征，基于单颗粒砂带磨削模型，研究了单颗粒砂带磨削去除机理；然后，建立了砂带磨削多颗粒参数化数学模型，提出了微观仿生锯齿状表面砂带磨削方法；最后，以钛合金叶片型面为对象，搭建以钛合金为典型材料的微观仿生锯齿状表面砂带磨削基础实验平台，进行仿生表面的实验验证。通过对磨削后叶片的表面微观形状参数进行检测，结果表明通过砂带磨削方法实现的微观仿生锯齿状表面以锯齿形沟槽为主，其中沟槽的宽度在2.5~8 μm之间、平均值为4.91 μm，沟槽的高度在3.5~9 μm之间、平均值为5.91 μm，沟槽的夹角在28°~68°之间、平均值为42.3°，验证了微观仿生锯齿状表面砂带磨削的可行性。     

脉冲气体辅助掩模电解加工技术

表面织构被广泛应用于航空发动机关键零部件中,以提高其散热及润滑效果。掩模电解加工是一种高效加工表面织构的工艺方法,但加工中存在加工产物难以排出、电解液流速不均匀以及加工一致性难以保证等问题。为此,提出一种脉冲气体辅助掩模电解加工的新方法,该方法利用脉冲气体的瞬间冲击力对加工区域的电解产物进行冲刷,以促进加工区域电解液的更新。为了研究脉冲气体辅助掩膜电解加工工艺规律,基于COMSOL Multiphysics仿真软件建立了单喷嘴固定条件下加工区域气液两相流与电场耦合的多物理场理论模型。仿真结果显示,当喷气速度为100 m/s时,掩模孔底部流体流动速度最大可达到3.5 mm/s。加工后掩模板表面能够清晰看到产物的排出痕迹。此外,还探究了不同工艺参数对加工一致性与加工效率的影响规律。实验结果表明,喷嘴固定不动时加工一致性随脉冲气体喷射速度的减弱以及喷气脉冲间歇时间的增加而提高,而加工效率却会降低,实验中得到微坑深度标准差最小达到0.75μm,平均深度最大达到15.2μm。最后,分别对比了实验中有无脉冲气体辅助的加工结果以及模拟和实验的成形规律,并在喷嘴移动条件下加工出深度标准差与平均深度分别...     

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。     

SiCp/Al二维超声复合电解/放电加工的表面生成机理及试验研究

针对复合材料高质量的加工要求，结合各加工技术的优点，本文提出二维超声复合电解/放电加工技术（2UECM/EDM），并对其表面生成机理进行深入研究。利用二维超声辅助磨削加工时单磨粒的运动轨迹对加工表面沟槽的加宽作用和电解/放电加工的整平作用，通过研磨面积比（δ_s）来分析复合材料表面形貌和表面粗糙度（Ra）的变化规律，并进行了复合材料SiC_p/Al维超声复合电解/放电加工的表面生成机理对比试验。结果表明，单周进给距离、电压和二维超声振幅等参数影响加工表面质量。其中，表面粗糙度与磨粒单周进给距离的变化趋势一致；较高电压时电解/放电加工效应显著，导致增强颗粒裸露进而增加了Ra；轴向和切向二维振动共同作用下显著增大δ_s值，而其值在1.8附近时Ra出现明显的转折变化趋势。因此，当δ_s大于1.8时的工具和工件振幅以及较低电压参数，加工时对增强颗粒的拖曳和碾压可以显著降低表面不平度、较大幅度提高工件表面质量。     

TiAl合金精密振动电解加工表面质量的研究

电解加工技术是解决Ti Al合金难切削的有效工艺方法,而精密振动电解加工技术可实现高精度及良好的表面质量。开展了精密振动电解加工Ti Al合金试验,研究了不同工艺参数下Ti Al合金的精密振动电解加工表面质量。结果表明:随着电流密度的增加,工件表面粗糙度减小;随着脉冲频率的提高,工件表面粗糙度先减小后基本保持不变。优化参数后采用精密振动电解加工的试件表面在光学显微镜下均未见到晶间腐蚀。     

深小孔电解加工

本文扼要分析了深小孔电解加工的各主要工艺因素(如电解液、电极、脉冲加工电流、电极导向、多孔同时加工和进给速度等)及其加工过程中的相应措施,从而保证了深小孔的加工质量并提高了生产效率.     

旋转条件下切割SiC 单晶片实验研究

通过旋转条件下切割SiC单晶片,分析了切片表面微观形貌特点,研究了线锯速度、工件进给速度和工件转速对切片表面粗糙度与切向锯切力的影响规律。结果表明:增加工件旋转,切片表面平整光滑,沿线锯运动方向没有明显沟槽及凸起,质量明显得到改善;当转速由0增加到12 r/min时,切片表面粗糙度由1.532μm降到0.513μm;线锯速度和工件旋转速度增大、工件进给速度减小,切向锯切力减小,表面粗糙度减小。当线锯速度和工件旋转速度过大,切向锯切力和表面粗糙度反而会有所增加。     

7075-T6铝合金厚板FSW焊缝沿厚度方向上的显微组织演变规律

采用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和背散射电子衍射（EBSD）技术表征7075铝合金厚板搅拌摩擦焊（FSW）焊核中心区的微观结构，研究沿焊缝厚度方向上的显微组织演变规律。结果表明，焊核中心区发生了明显的动态再结晶，由原始粗大的板条状组织转变成了细小的等轴晶；随着距焊缝上表面距离的增加，中心区等轴晶晶粒尺寸呈现逐渐增大的趋势。其中，中心区上部4 mm处的晶粒尺寸最小，仅为7.8 μm；底部19 mm处的晶粒尺寸最大，达18.6 μm。中心区动态再结晶分数随距离的增大而逐渐减小，从中心区顶部1 mm处最大值90.4%减小至底部19 mm处最小值57.5%。受动态再结晶影响，焊核中心区主要以大角度晶界（HAGB）分布为主，且中心区大角度晶界随距离的增加呈逐渐降低的趋势；但每一个典型位置处的大角度晶界分布呈现先增大后减小的趋势，且在45°左右时达到最大值；此外，中心区并没有强取向组织产生。同时，焊核中心区主要以细小、弥散的二次析出强化相η相为主，且二次析出强化相颗粒尺寸随距离的增加而呈逐渐增大的趋势，但二次析出强化相颗粒总体数量却呈相反的趋势变化。     

慢走丝线切割电解锈蚀放电状态的分析和控制

电解锈蚀放电状态在慢速走丝线切割加工过程中的危害十分严重．它不仅影响工件的表面精度和机械强度，而且还影响加工速度．导致电解锈蚀放电状态的主要原因是阳极金属溶解和工作液电解现象．本文主要研究预防阳极金属溶解和工作液电解的方法．还介绍了一种慢走丝线切割控制电解锈蚀放电状态的电源装置。     

内喷式阴极电解加工整体叶轮叶间通道的间隙特性

本文介绍了在内喷式阴极展成电解加工整体叶轮叶间通道时，加工电压、阴极进给速度、电解液压力和温度对加工间隙的影响，经过对其试验数据所作分析，得出了一些有益的结论，为展成电解加工整体叶轮提供了试验与理论依据。     

叶片型面精密振动电解加工工艺研究

采用电解加工工艺对叶片型面进行加工,可以有效提高发动机叶片加工效率,降低生产成本。针对GH4169G合金叶片型面,开展了精密振动电解加工试验研究。结果表明:高频脉冲电流和阴极机械振动具有改善极间流场特性、降低阳极钝化和阴极的产物吸附的作用,可以大幅改善加工效果;采用参数组加工电压15V、阴极振动频率25Hz、开通角度Ra 150°~195°、脉冲频率3000Hz时,获得最优的型面加工质量,型面轮廓度为-0.012~+0.013mm,表面粗糙度值为0.51μm,证明精密振动电解加工工艺满足叶片型面的加工要求。     

Experimental research on electrochemical machining of titanium alloy Ti60 for a blisk

Ti60(Ti–5.6Al–4.8Sn–2Zr–1Mo–0.35Si–0.7Nd) is a high-temperature titanium alloy that is now used for important components of aircraft engines. Electrochemical machining(ECM) is a promising technique that has several advantages, such as a high machining rate, and can be used on a wide range of difficult-to-process materials. In this paper, orthogonal experiments are conducted to investigate ECM of Ti60, with the aim of determining the influences of some electrochemical process parameters on the surface roughness. The most important parameter is found to be the frequency of the pulsed power supply. It is found that using suitably optimized parameters for ECM can greatly decrease the surface roughness of a workpiece. A surface roughness of approximately 0.912 lm can be obtained with the following optimal parameters: Na Cl electrolyte concentration 13wt%, voltage20 V, pulse frequency 0.4 k Hz, duty cycle 0.3, temperature 23 °C, and anode feed rate 0.5 mm/min.Furthermore, blisk blades have been successfully processed using these optimized parameters.     

Wire electrochemical machining with axial electrolyte flushing for titanium alloy

Titanium and its alloys have found very wide application in aerospace due to their excellent characteristics although their processing is still a challenge. Electrochemical machining is an important issue in the fabrication of titanium and titanium alloys. Wire electrochemical machining (WECM) is mainly used for workpiece cutting under the condition of different thickness plates. It has a great advantage over wire electro-discharge machining, which is the absence of heat-affected zone around the cutting area. Moreover, the wire electrode in WECM could be used repetitively because it is not worn out. Thus, much attention has been paid to WECM. The effective way of removing electrolysis products is of importance to WECM. In this paper, the axial electrolyte flushing is presented to WECM for removing electrolysis products and renewing electrolyte. The Taguchi experiment is conducted to optimize the machining parameters, such as wire feedrate, machining voltage, electrolyte concentration, etc. Experimental results show that WECM with axial electrolyte flushing is a promising issue in the fabrication of titanium alloy (TC1). The feasibility of multi-wire electrochemical machining is also demonstrated to improve the machining productivity of WECM.     

Surface-improvement mechanism of hybrid electrochemical discharge process using variable-amplitude pulses

Superalloys are commonly used in aircraft manufacturing; however, the requirements for high surface quality and machining accuracy make them difficult to machine. In this study, a hybrid electrochemical discharge process using variable-amplitude pulses is proposed to achieve this target. In this method, electrochemical machining (ECM) and electrical discharge machining (EDM) are unified into a single process using a sequence of variable-amplitude pulses such that the machining process realizes both good surface finish and high machining accuracy. Furthermore, the machining mechanism of the hybrid electrochemical discharge process using variable-amplitude pulses is studied. The mechanism is investigated by observations of machining waveforms and machined surface. It is found that, with a high-frequency transformation between high- and low-voltage waveforms within a voltage cycle, the machining mechanism is frequently transformed from EDM to pure ECM. The critical discharge voltage is 40 V. When pulse voltages greater than 40 V are applied, the machining accuracy is good; however, the surface has defects such as numerous discharge craters. High machining accuracy is maintained when high-voltage pulses are replaced by low-voltage pulses to enhance electrochemical dissolution. The results indicate that the proposed hybrid electrochemical discharge process using variable-amplitude pulses can yield high-quality surfaces with high machining accuracy.     

冰层辅助对电火花-电解复合穿孔的影响

电火花-电解复合穿孔(ECDD)加工方法有望实现难加工材料涡轮叶片气膜冷却孔无重铸层高效加工,为了进一步提升小孔孔壁的加工质量,提出了在工件底部填充冰层的电火花-电解复合穿孔加工新方法。分析了冰层辅助对复合加工过程中两极之间电流电压的波形、复合穿孔的加工效率、小孔的出入口孔径、孔壁重铸层去除等的影响,进行了冰层辅助与无冰层辅助电火花-电解复合穿孔对比试验。试验表明:冰层辅助加工可以在小孔穿透之后形成充分的反向冲液,有效地解决小孔穿透之后的漏液问题。在增加底部停顿时间的基础上,即小孔穿透后管电极到达预设深度继续停留一段时间,延长管电极对孔壁的电解作用时间,可以显著提高重铸层的去除效果,有望实现小孔整个孔壁重铸层的完全去除。     

整体叶盘铣削数控编程与加工技术

整体叶盘有良好的结构完整性、轻质化、装配环节少、装配精度高等优点,已被广泛应用于航空发动机中。根据整体叶盘的切削加工特征,将其简化为整体叶盘基准件,从数控编程和加工技术两方面实现整体叶盘的高质量加工。首先,利用Hyper MILL软件对整体叶盘基准件进行数控编程,优化获得理想的刀具路径,保证高效高质量的零件加工。然后,利用DMU-70V五轴加工中心对钛合金TC4整体叶盘基准件进行切削加工,在整体叶盘基准件叶片和流道几何特征的精加工时,选用不同型号的立铣刀,并监测加工过程中的切削力。最后,对加工后叶片和流道加工表面形貌进行测试分析,并结合切削力对比分析国产刀具和进口刀具对钛合金整体叶盘的切削加工性能。     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

一种提高表面完整性的气膜孔成形方法

为了解决目前航空发动机涡轮叶片气膜孔成形工艺存在热影响严重等问题,提出了采用超快激光环切与螺旋扫描的加工方法,设计了一种可实现高效、无热效应气膜孔加工的双激光光源微加工系统,并从作用机理和实际加工过程两方面分析了热效应的产生原因,指出了其中的主要影响因素,然后针对这些因素选用DD6材料进行了工艺参数优化和实验验证.实验结果表明:采用500fs激光与微秒长脉冲激光复合加工的方式可以使精细钻孔的效率提升约10倍,并得到基本无重铸层和微裂纹的涡轮叶片气膜孔;其工艺参数包括扫描速度为2400r/min,重叠率为12%,进给量为5μm,重复频率为20kHz以及0.6Pa同轴吹气.表明超快激光配合合理的工艺参数和加工方式可以实现无热效应气膜孔加工,是一种有效提高气膜孔成形表面完整性的工艺方法.      

微细电解铣削加工模型及实验研究

 对微细电解铣削加工技术进行了深入研究。将分层加工技术应用到微细电解加工过程中,显著改善了加工稳定性;建立了微细电解铣削加工的数学模型;基于电化学刻蚀原理,在线制得直径小至10 μm的圆柱电极;分组实验并验证了加工模型中各参数如：电极直径、加工电压、电解液浓度、铣削层厚度等对微细电解铣削加工精度的影响。通过优化加工参数,成功加工出了深三角结构和四棱台微型腔,形状精度高,加工稳定性好。