过程稳定性对纳秒脉冲电解加工精度的影响

采用纳秒脉冲电流进行微细电解加工时,极间加工间隙很小,因此加工过程的稳定性是影响加工精度的重要因素。根据加工精度和稳定性的关系,建立了试验系统,设计了电解液轴向正流供液的电极喷嘴,利用电流传感器检测加工过程状态,采用短路对刀法确定电极初始间隙,进行了加工参数对稳定性和加工精度的影响试验。试验结果表明:电解液的平缓流动更新比保持电解液静止的加工状态更加稳定。当脉冲宽度小于25 ns时,加工过程的稳定性会显著下降。脉冲宽度为40 ns,电压幅值为4 V,占空比为1∶10时,可以实现稳定的加工状态,并得到较高的加工精度。     

绝缘层厚度对孔电解加工稳定性和精度的影响

通过对孔电解加工中加工间隙的电场和流场仿真,研究了电极绝缘层的涂覆尺寸特征对小孔加工性能的影响.进行了管电极电解小孔的试验,得到了理想的绝缘层厚度参数.试验和仿真均表明, 增大绝缘层厚度可以减小孔的侧面腐蚀面,并使孔圆度有所增加,同时提高了加工过程的稳定性,但过大的涂覆厚度易出现打火甚至加工短路.     

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.     

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。     

六维力/加工电流模糊控制电解加工间隙的方法

为了有效控制电解加工间隙,提高加工精度,以六维力和加工电流为模糊控制器输入的原始数据,结合在线检测加工间隙技术,得到测试间隙;设计控制加工间隙的二输入一输出的模糊控制器,把测试间隙与初始设定间隙形成偏差和偏差的变化量,作为模糊控制器的输入,机床主轴进给速度作为模糊控制器输出;在Matlab的Simulink模块中,通过对电解加工系统和模糊控制器组成的联合模型进行仿真试验,并调整加工间隙的初始设定值,得到结论:模糊控制电解加工过程稳定,鲁棒性好,加工过程很快达到平衡状态;在0.2～0.7 mm的加工间隙范围,随着加工间隙的增大,模糊控制器的超调量减小,控制效果好.     

影响超精密加工精度的主要因素

超精密加工技术是衡量国家科学技术水平的重要标志之一。本文从超精密加工机床、超精密加工刀具、被加工材料、超精密测量、超精密加工环境等方面，分析了影响超精加工精度的因素及产生的原因。     

人工神经网络在电解加工阴极设计中的应用研究

将人工神经网络分析方法应用于电解阴极设计中，将工件曲线和ｃｏｓθ法求得的初始表极曲线构成的加工间隙用简单三角莆单元进行网格剖分，然后以神经单元取代有限元单元和节点，用人工神经网络求解描述极间电位分布的拉普拉斯方程。采用逐层求解电位分布和将电位误差转换为位置误差的方法，实现由工件形状直接设计电解加工阴极。     

整体构件数控电解加工数字化仿真技术

将基于UG平台动态装配技术的加工过程几何仿真与基于MATLAB平台有限元分析的成形规律仿真有机结合,实现了整体构件上复杂曲面、型腔数控电解加工过程的计算机仿真,用于加工试验前的加工过程干涉检查、阴极及其运动轨迹优化设计、优选加工参数及成形精度分析等,能有效缩短准备周期、减少试验次数。该技术已经应用于航空发动机关键零件加工准备过程,具有重要工程实用价值。     

圆棒阴极展成电解加工间隙特性的研究

建立了圆棒阴极展成电解加工的数学物理模型并以计算机求解，根据计算结果提出了加工间隙的简便算法。经试验验证，该简便算法在工程上是可行的，最后分析了工艺参数对加工间隙的影响。     

用于电火花加工的两级式电流型变换器研究

脉冲电源是电火花加工系统中重要的组成部分之一，其性能直接影响电加工的工艺指标。与一般电源比较而言，它是按一定规律周期性地向负载提供所需的电功率，工作过程中存在着很强的扰动性。本文分析了无阻电流型电火花脉冲电源变换器的工作原理，提出了一种新型两级式结构的无阻电流型电火花脉冲电源变换器的电路拓扑和控制方案，给出了脉冲发生电路和输出过压保护电路的设计方法。制作了输出电流为20A的原理样机，通过实验波形分析，验证了电路拓扑和控制方法的正确性，为该类电源变换器的进一步研究打下了良好的基础。     

电化学加工机器人动态性能设计与优化研究

工业机器人工作空间大、姿态灵活、可配置性高,且成本低,广泛应用于搬运、装配、喷涂和焊接等多个领域。但由于机器人末端轨迹精度不高,低速波动大,在电化学加工领域的应用很少。根据电化学加工低速、高轨迹精度特点,提出采用象限法设定电化学加工机器人工作区域,建立电化学加工机器人动力学优化函数,采用第三代非支配遗传算法NSGA-Ⅲ求解各设计参数最优Pareto解集,通过仿真和实验进行了动态性能测试验证。结果表明在设定工作区域内,电化学加工机器人直线轨迹精度可达0.073 mm,圆弧轨迹精度可达0.145 mm,低速工况下轨迹精度相比传统工业机器人提高近10倍。     

整体叶盘电解加工阴极修正方法与试验

电解加工是航空发动机整体叶盘制造的主要技术之一,阴极修正是该加工技术的重要环节。为了提升阴极修正精度,提出了恒采样点空间法向修正方法。该方法将阴极型面设计、加工误差分析、工具阴极修正统一至阳极采样点空间法向的一维坐标系中,将复杂的三维曲面修正简化为离散的一维修正,消除了加工误差与修正量的错位。以某整体叶盘为例,在自行研制的整体叶盘型面电解加工机床上开展工具阴极修正试验,采用三坐标测量机对修正前后的加工样件进行检测,经过一次修正,叶片电解加工精度由0.25mm提高至0.04mm,试验结果表明该阴极修正方法合理有效,具有较强的可行性。     

脉冲爆震发动机试验室消声系统研究

为了改善脉冲爆震发动机(Pu lse detonation eng ine,PDE)试验室噪声向周围环境辐射、传播的现象,研究了消声装置设计方法,建立了进气、排气消声室系统,采用数值模拟和试验的方法,成功地将PDE试验室向外辐射、传播噪声降低30dB(A)以上,达到了降噪目的,已接近该处的本底噪声。通过数值模拟的方法获得消声室内流场的分布,分析了气流对消声器的声学性能影响,试验验证了从传播途径上降低PDE试验室向外辐射、传播噪声的方法是非常有效的,极大地减少了脉冲爆震发动机试验造成的噪声污染。     

扩压器套料电解加工绝缘套结构刚度优化研究

扩压器是航空发动机压气机的关键部件,对发动机性能、效率及运行工况有重要影响。为解决扩压器套料电解加工过程中绝缘套结构刚性差易变形进而影响加工稳定性的问题,提出了绝缘套刚性优化方法,在绝缘套自由端处设计了加强筋结构,开展了不同加强筋形状、尺寸下的流固耦合仿真对比研究。当加强筋两端为圆形、宽度b=2 mm、距底端距离h=6 mm时,与未设置加强筋结构相比,最大变形量减少了88.3%。研制了带加强筋的扩压器套料电解加工绝缘套及阴极结构,开展电解加工试验研究,实现了阴极进给速度为1.4 mm/min稳定加工,加工稳定性和效率显著改善,验证了绝缘套刚性优化方法的有效性。     

水发射试验装置设计研究

通过分析空泡溃灭压力典型脉冲特征,设计了一套水发射试验装置和相应的验证性试验方案。验证性试验结果分析表明:弹丸出筒速度重复性较好,空气腔压力与弹丸速度关系符合物理规律,可信度强;采用水发射试验装置所测的压力曲线与空泡溃灭压力脉冲曲线基本一致,均类似半正弦,脉宽基本一致,可以进行空泡溃灭压力脉冲的初步研究。     

基于ISA总线的脉宽测量电路的设计与实现

介绍基于ISA总线脉宽测量板卡的设计与实现,电路设计运用信号波形变换电路将阶梯波变换为单脉冲,并通过基于FPGA设计实现对上述变换后的单脉宽的时间测量,测试表明设计方法合理有效.     

基于PSD的模型姿态角和振动测量技术原理性研究

为了适应风洞发展的需要,满足风洞测量技术精细化、多样化的要求,开展了基于位置敏感器件(PSD)技术的模型姿态角测量系统的原理性研究.对PSD探测头进行了详细设计,完成了姿态角测量试验平台和数据采集处理系统,并开展了初步的测量试验.通过原理性试验证明,测量系统的测量范围为-10°~10°,测量准确度为0.036°,测量精度为0.016°.还对系统应用于振动的测量进行了原理性的研究,获得了初步的研究数据.随着进一步的细化和精确度的进一步提高,基于PSD技术的模型姿态角测量系统在风洞模型的姿态和振动测量、姿态角测量机构的标定和检定、视频测量系统的相互验证等领域具有非常大的应用潜力.