难加工材料闭式整体构件精密电火花加工技术研究

闭式整体构件因其结构复杂、叶间流道空间弯扭程度大,使得加工可达性极差,且材料一般为难加工的高强度合金,整体制造难度很大。针对这一制造难题,研究了闭式整体构件电火花加工的若干关键技术,如叶间流道加工区域划分、成形电极及其加工运动轨迹设计、工艺基准统一和电参数选择与优化、数控电火花加工过程仿真分析等。在此基础上针对典型闭式整体构件进行了试制加工。试验结果表明,基于所研究的关键技术能够采用数控电火花加工技术精密、可靠地实现闭式整体构件的整体制造。     

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。     

大直径整体叶轮分步法电解加工工艺与试验

在对大直径整体叶轮的叶片特征和过去电解加工(ECM)方法比较分析的基础上提出了一种叶片分步加工的电解加工方法.首先确立了分步法的加工顺序,采用专用仿真软件对叶片的被加工区域进行划分,使前道工序加工后留下的区域满足后道工序的电解加工要求;在此基础上计算各工序的加工运动路径,并根据机床运动配置形式给出了叶片加工所需的四轴联动算法,通过软件自动生成数控加工自动编程;借助于CAD/CAE/CAM软件设计了一组加工阴极并进行了工艺试验.试验结果表明,通过合理的区域划分,叶盆、叶背和叶根的加工过程具有较好的稳定性,叶背、叶根的加工精度得到了较好的控制.该工艺方法可望较高精度地解决大直径整体叶轮叶片型面加工难题.     

异形型腔电解加工阴极的数字化设计

建立了异形型腔电解加工阴极设计和加工过程仿真的数学物理模型,并在MATLAB平台上利用PDETool工具箱编制了有限元求解和动态加工仿真程序,针对某型发动机扩压器叶间流道异形型腔设计制造了阴极和工装夹具,选择并优化了加工参数,试验加工出的型腔试件能均匀留出0.15～0.30 mm的加工余量,满足了实际加工的工序要求.     

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。     

整体叶盘磨粒流加工仿真与试验研究

针对航空发动机扩压器整体叶盘内流道表面加工成本高和效率低的问题,提出采用磨粒流加工方法。通过建立有无上压盖及引流芯模的流道仿真模型,对比分析了两种模型下仿真流场的分布规律。在此基础上,对工件的夹具结构进行了改进并利用该夹具对扩压器整体叶盘内流道表面进行了磨粒流光整加工试验。结果表明:增加上压盖及引流芯模结构后,有效改善了整体叶盘大端和小端处的局部流场,解决了加工效果不一致和锐边被磨料冲蚀的问题,加工后流道表面粗糙度降低了0.6μm,表面质量得到了进一步提高。     

Theoretical and Experimental Investigation of Laser Milling Assisted with Jet Electrochemical Machining

In laser milling assisted with jet electrochemical machining （LMAJECM）, the source of energy is a pulsed laser beam aligned coaxially with a jet of electrolyte, which focuses optical energy on the surface of work- piece. The impact of jet of electrolyte develops a state-of-art work to perform operations such as electrolytic etch- ing, effective cooling, and transportation of debris. Therefore, a special jet cell is designed to obtain stable jet as to be a kind of noneontact tool, i. e. , electrode. According to the theoretical model of on-off pulse time process, laser machining and electrolytic anodization are simulated by finite element analysis （FEA） method. Grooves on a 0.5 mm thick 321 stainless steel sheet produced by LMAJECM is performed with pulsed Nd：YAG laser at the second harmonic wavelength. Compared with laser milling under ambient atmosphere conditions, the recast layer and burrs are effectively diminished. And the accuracy of depth is dedicated to laser milling, whilst that of width is dominated by jet electrochemical machining. It is demonstrated that LMAJECM can be a highly potential approach for fabricating 3-D micro components.     

利用反求工程造型技术设计成形阴极

通过反求工程建模实例,阐述了基于电解加工成形规律进行成形阴极设计的方法。本方法不但缩短了复杂型面成型阴极的设计时间,还能为以后阴极形状的修改提供便利。     

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。     

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%。