特种加工技术的应用与发展

对几种主要的特种加工技术在航空工业上的应用现状和发展趋势进行了概述，并简要介绍了特种加工技术领域中的几项最新发展．     

序言

特种加工技术是区别于传统制造方法,利用电、光、热、声、化学等能量或其组合来实现零部件几何尺寸、表面质量或形状特征改变的加工方法,主要包括放电加工、电化学加工、激光加工、离子束/电子束加工、超声加工、增材制造、水射流加工等. 特种加工技术由于其独特优势,已成为先进制造技术体系中不可或缺的重要组成部分,尤其是在航空航天领域...     

旋印电解加工

航空发动机机匣是航空发动机重要的连接、承载部件,它结构复杂、刚性弱、材料难加工,目前存在加工变形严重、壁厚精度差等制造难题,已成为制约新型航空发动机研制和生产的瓶颈。针对薄壁机匣的制造需求,本文提出了旋印电解加工技术,该技术采用回转体电极作为阴极工具,通过工件与工具的同步对转对阳极工件逐层精确溶解去除,实现薄壁机匣的无变形精密加工成形。研究揭示了旋印电解加工阳极成形规律、难加工材料脉动态溶解机理、电解液流场分布特性等基础科学问题,突破了阴极工具设计、钛合金点蚀抑制、流场优化设计等关键技术,研制出具有自主知识产权的大型旋印电解机床,实现了大型薄壁机匣的高效精密加工,为新型航空发动机的研制和生产提供了重要的技术支撑。     

提高微细电解加工精度的研究

对影响微细电解加工精度的因素进行了详细的分析,提出了改善加工精度的方法,如以循环进刀代替直接进刀方式、采用脉冲加工电源、改善阴极的结构设计以及采用非线性电解液等。最后,结合实验对这些方法的可行性与有效性进行了验证。     

辅助阳极掩模板电解加工技术

为了提高掩模板电解加工精度,本文采用辅助阳极法改善掩模板电解加工过程中侧面间隙电场的分布,减少杂散腐蚀.建立了未采用辅助阳极和采用辅助阳极电解加工的数学模型,模拟过程中考虑非线性电解液对加工精度的影响,利用有限元分析技术分别对未采用辅助阳极和采用辅助阳极电解加工的蚀除过程进行了模拟和数值求解.结果显示:辅助阳极法有效地减弱了凹坑侧壁的电场密度,降低了侧向蚀除速度.以电解加工微小群孔结构为例,进行了未采用辅助阳极和采用辅助阳极电解加工对比实验,实验结果表明:辅助阳极能有效地抑制发生在侧壁的杂散腐蚀,减小孔的锥度,提高加工精度.     

一种新的电铸阳极轮廓设计方法

 拉瓦尔喷管的电铸层有一定的均匀性要求.在电铸过程中,电铸阳极的轮廓和位置决定了阴极表面电流密度的分布,并最终影响电铸层的均匀性.为此,设计了一种新的阳极轮廓优化方法,在进行阳极轮廓优化设计时,只需在编制的优化程序中输入阴极轮廓,通过ANSYS软件进行电场分析,程序根据阴极上不同位置电场强度的强弱,自动逐步调整对应点的阳极轮廓,以改善阴极表面的电流密度分布均匀性,即可得到优化后的阳极轮廓.采用该优化方法,可以快速得到所需的阳极轮廓,且通用性强.对某型喷管外壁进行阳极轮廓优化设计后,制得了厚度最大处与最小处比值为1.26的电铸镍层.     

GH4169涡轮盘榫槽电解拉削仿真及其试验研究

榫槽是航空发动机涡轮盘上的重要结构,电解拉削是实现该结构高效、低成本制造的潜在解决方案。为了掌握电解拉削加工参数对轮廓精度和表面质量的影响规律,建立了电解拉削多场耦合模型,阐明了工具阴极长度对加工间隙产物分布的影响规律,获得了优选的工具阴极长度参数。开展了平面电解拉削加工试验,探究了进给速度和加工间隙对工件表面质量和型面进出口去除量差的影响规律,确定了较优的加工参数。试验结果表明,采用优化的加工参数可以获得较好的表面质量并有效控制了型面进出口去除量差。最后,采用优化的参数开展了典型涡轮盘榫槽结构单元件的电解拉削加工试验,试件具有较好的表面质量和轮廓重复精度。     

基于ANSYS分析的电铸阳极设计

电铸阳极的形状和位置决定了阴极表面电流密度的分布,并最终影响金属沉积层分布的均匀性及 其材料性能。本文基于有限元软件ANSYS对电铸阳极的形状进行优化设计,并用实例进行验证,效果良好。     

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。