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.     

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。     

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.     

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。     

螺旋孔电解加工多物理场耦合机理研究

基于建立的三维多相流模型及间接耦合多物理模型(热电耦合和热流耦合),以螺旋孔电解加工为研究对象,对电解加工间隙中的电场、流场、温度场进行分析,掌握间隙参数变化规律,包括间隙电解液的流速与温度、间隙氢气气泡率分布、材料表面电流密度分布等。进而对影响材料去除的主要因素——电导率进行研究,确定了电导率在整个加工间隙内的变化规律及其对材料去除的影响,并提出了增加电解液出口背压以改善工件材料去除的一致性。最后,在搭建的实验平台上进行螺旋孔电解加工实验,验证了所提方法的正确性。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

基于等效刚度矩阵的复合材料机翼盒段优化设计

通过刚度矩阵转换,将复合材料层合板等效成正交各向异性材料板,并采用beam单元模拟加筋桁条。将机翼盒段的蒙皮厚度和加筋桁条面积作为设计变量,机翼盒段的质量作为目标函数,运用多岛遗传算法和序列二次规划算法相结合的优化方法,对多变量、多约束条件下的大展弦比复合材料机翼进行结构优化设计。通过算例分析,机翼的复合材料结构质量下降了9.55%,优化时间较短。     

斜拉翼结构刚度分布与重量特性

多学科优化设计的研究结果表明,斜拉翼在不增加悬臂翼结构重量的情况下能显著提高展弦比和降低诱导阻力,使得斜拉翼飞机整体性能明显优于悬臂翼设计.但这些研究没有对支撑结构与主翼之间采用何种联接型式给出相应的讨论,也未对机翼刚度布局情况给出相应参考,不利于飞机总体布局方案的选择.本文从力法入手,用四板模型简化斜拉翼结构剖面,给出常见斜拉翼和其支撑结构的刚度布局和联接形式以及结构重量遗传算法寻优的相关结果.结果表明,以铰链方式联接支撑结构与联接段结构的斜拉翼结构布局方式有最好的重量特性.     

螺旋线刃型电解阴极流场的数值模拟与结构优化

为了降低数控电解铣削时阴极流场的波动和不均匀性,提高工件的电解铣削加工精度和表面质量,针对叶轮电解铣削中螺旋线刃阴极结构,建立其流场模型,采用标准K-ε模型对叶轮加工时铣削阴极流场进行了动态模拟,分析了不同的内部流道结构和加工工艺参数对电解液流场速度和压力分布的影响,并结合模拟结果对阴极结构进行了改进。最后以叶轮为加工对象,在数控复合电解铣削加工中心进行了实验。实验结果验证了仿真模拟的有效性和正确性,为铣削用电解阴极结构的设计和改进提供了依据。     

复杂布局机翼结构多约束优化设计

机翼结构需要同时满足强度、刚度、气弹和设备安装等要求,布置多个外挂设备的机翼结构设计约束更加复杂,传统方法难以得到最优方案。本文提出了通过约束机翼剖面弯曲刚度和扭转刚度来控制气动弹性的方法,研究了稳定性和位移敏度计算理论,结合工程准则法和数学规划法,搭建了适用于复杂布局机翼结构的多约束优化流程,以国产结构分析软件HAJIF为平台进行了程序实现,并结合工程机翼案例进行了方法验证。优化结果表明,本文方法能够以静力分析模型为基础,同时考虑强度、刚度和稳定性等多种约束形式,在有限计算机时内给出最优设计方案,具有一定的工程应用价值。     

大切深数控电解铣削加工阴极设计及试验研究

难加工材料整体叶轮广泛应用于航空领域,采用传统切削加工存在刀具磨损快、加工效率低等问题。本文针对某型号复杂整体叶轮,提出大切深五轴数控电解铣削预加工方法。通过设计锥形螺旋刃阴极,分析不同旋转角下单、双螺旋刃出口流场分布,得到旋转角720°的单螺旋刃阴极出口压力和流速分布均匀。同时开展大切深数控电解铣削加工试验,结果表明:在选取的工艺参数范围内,加工平衡间隙和进给速度随着加工电压升高而增大;较低的电解液温度有利于实现小间隙加工,可显著提高加工精度;主轴转速达到1 500 r/min后对加工速度影响较小。得到大切深数控电解铣削整体叶轮加工叶片,一次最大切深可达65 mm,余量误差控制在0.5 mm范围之内,提高了整体叶轮加工效率。