面向螺旋铣削的叶身曲面重构的参数化方法

针对螺旋铣削中普通造型方法得到的叶身型面往往出现扭曲,严重影响螺旋铣削刀位轨迹的问题,提出了一种针对螺旋铣削的叶身曲面重构的参数化方法。该方法首先根据单条叶片截面线的特征,采用累加弦长参数化和等弧长参数化离散的方法,实现单条截面线的参数化,从而得到高质量的截面线。然后在此基础上,从叶身曲面的V向和U向对叶身曲面重新参数化。最后对截面线进行放样,实现叶身曲面的重构。试验结果表明叶身曲面质量较高,能够较好地满足螺旋铣削刀位轨迹的规划要求。     

一种薄壁悬臂叶片数控加工非均匀余量刚度补偿方法

 在数控加工过程中,因受到切削力的影响,薄壁悬臂叶片容易出现弯曲、扭转变形等问题而导致被加工曲面误差较大。针对该问题,提出了一种非均匀余量刚度补偿方法,将非均匀余量偏置面作为粗加工/半精加工零件面以提高叶片精加工时的抗弯刚度。首先,分析了集中力载荷下截面厚度对薄壁工件变形的影响;然后,对叶片径向和截面线方向分别采用线性变化和正弦函数变化两种方法进行叶片曲面非均匀余量刚度补偿设计;最后,基于叶片原始截面线,采用放样法构造出叶片曲面的非均匀余量偏置面。试验结果表明,采用非均匀余量刚度补偿方法可以提高被加工叶片精加工时的刚度,加工出的叶片满足了设计误差要求。     

基于高参数均匀性的叶片曲面光顺造型方法

为进一步优化叶片的曲面模型质量,提出一种基于高参数均匀性的叶片曲面光顺建模方法。首先根据叶片的曲率特征,将单层数据点分成叶盆、叶背、前缘和后缘4个部分,通过叶片前缘和后缘的曲线拟合,获得拟合圆圆心,并以此生成叶片中弧线的诱导曲线。进而通过改进的牛顿迭代法获得一系列叶片截面轮廓线内切圆圆心,从而获得中弧线,对中弧线进行光顺处理以及弧长参数化,并利用中弧线–厚度分布的方式,结合过渡曲线生成光顺的截面轮廓线,保证过渡处曲率连续。最后,通过放样及融合优化算法快速自动地生成光顺的叶片曲面模型。利用该方法对某型号发动机叶片数据点进行曲面造型与加工验证,结果表明,优化后的曲面模型具有良好的光顺性,避免了由于模型不光顺导致的刀轨波动问题。     

轮廓度约束下近净成形叶片余量优化方法

针对近净成形的叶片在自适应精加工中余量不均这一问题,提出了考虑叶型截面线轮廓度公差约束的余量优化方法。在设计基准与加工基准配准的条件下,改变工件做刚性位移的余量优化思路,建立一种新的叶身优化模型,避免优化后叶片检测处的截面线超出轮廓度公差,提升叶片余量优化阶段寻找到目标加工曲面的能力。最后以某压气机叶片为例进行验证,此方法不仅能够保证叶身加工余量,还能同时满足型面检测处的轮廓度公差,为近净成形的叶片在自适应加工中提供一种新的余量优化方法。     

基于桥接线的涡轮叶片尾缘劈缝建模方法研究

航空发动机涡轮叶片尾缘劈缝是一个复杂的曲面,设计过程繁琐,造型过程中易出现与叶身连接不光顺的问题。针对尾缘劈缝的几何结构特征,提出一种基于桥接线的涡轮叶片尾缘劈缝的建模方法,以尾缘劈缝截面线和叶身内形曲面为边界条件,采用模拟退火算法创建桥接线,以此为基础完成尾缘劈缝的建模。开发了尾缘劈缝参数化建模模块,提高了叶片设计效率,并为航空发动机复杂曲面参数化建模提供了参考     

变壁厚气冷涡轮叶片结构参数化设计方法

叶片叶身截面内腔型线的光滑过渡是航空发动机变壁厚涡轮叶片结构设计的关键.为解决变壁厚插值在最大壁厚点处出现拐点而导致过渡不光滑的问题,提出变壁厚叶片结构设计方法即变壁厚抛物线插值法.该方法基于管道相交投影线拟合中弧线法,利用壁厚系数及其对应关系控制壁厚,实现变壁厚涡轮叶片结构参数化设计.设计实例结果表明:应用变壁厚抛物线插值法对不同壁厚气冷涡轮叶片进行结构设计,叶身截面内腔型线光滑,在最大壁厚点处不会出现拐点过渡.     

基于解析及特征造型的涡轮冷却叶片参数化设计

基于数学解析与特征造型技术相结合的方法,建立了基于构造过程的复杂涡轮冷却叶片的参数化设计技术。用五次多项式描述叶身型线,根据壁面厚度函数求解冷却通道外形,定义冷却通道隔板位置及厚度等参数,计算得到叶身及冷却通道各截面造型数据;以特征造型方法完成对涡轮冷却叶片转弯流道、缘板、榫头及叶片相关特征的参数化设计;利用CAD系统的二次开发接口,实现了多腔回流式涡轮冷却叶片的自动建模。     

涡轮叶身外型截面线二维工程图快速生成

为实现涡轮叶片叶身外型截面线的二维工程制图快速生成,结合涡轮叶片的结构特点,在生成工程图之前先对截面线进行特征提取。以某型涡轮叶片为具体实例介绍了数据导入生成的外型截面线的特征参数提取、工程图的生成及表格尺寸的自动标注过程,详细阐述了对任意叶身高度的外型截面线的特征参数提取方法。     

近净成形叶片重构曲面刀具轨迹自适应规划

近净成形叶片作为一种高效低成本的新型工艺方法,越来越广泛地被应用在航空发动机叶片毛坯制造上。航空发动机近净成形叶片其叶型复杂且属于薄壁类零件,无法保证所有区域一次成形且满足设计精度要求,需要对进/排气边区域进行自适应加工。自适应加工中进/排气边曲面通常为重构曲面,因为测量数据、缘头形状约束、毛坯变形等因素影响,重构曲面会出现曲率变化大、边界不齐等问题。针对上述问题,本文通过分析刀心轨迹与加工曲面几何关系,以光顺偏置曲面为基础,建立光顺刀心轨迹规划线规划算法,实现了重构曲面光顺刀心轨迹的高效自动化生成。在某型精锻叶片上进行了数控加工试验,试验结果显示进/排气边曲面轮廓公差控制在（–0.02～+0.039） mm范围内,满足图纸设计公差（–0.03～+0.05） mm的要求,证明了所提算法的有效性和实用性。     

闭式整体叶盘五坐标插铣刀位轨迹规划

针对闭式整体叶盘通道开槽工艺问题,研究了叶盘通道五坐标开槽插铣加工方法。进行了闭式叶盘通道可加工性分析,给出了通道加工区域划分方法;基于最小面积原理研究了叶盘插铣通道边界最佳直母线求解算法,分别针对叶片曲面及叶盘内外环面,提出了通道偏置直纹包络面的生成方法,给出了闭式整体叶盘五坐标插铣刀位轨迹。研究结果表明:该方法能解决闭式整体叶盘通道插铣区域划分和直纹包络面生成问题,可有效实现闭式整体叶盘的五坐标开槽粗加工。     

曲面磨削表面微观形貌建模方法研究

针对现有磨削表面微观形貌建模方法仅对某一类特定零件有效,提出了一种适用于空间曲面零件加工的磨削形貌建模方法。基于曲面磨削加工原理,建立砂轮坐标系与曲面零件坐标系之间的齐次变换矩阵,获得磨粒的三维运动轨迹方程。通过提出曲面区域逼近求解算法,建立曲面磨削表面微观形貌预测模型。并以展成法磨削齿轮和磨削轴承内套为例,得到两类实验与仿真结果之间的误差最大为11.338%和18.91%,验证了本文提出的预测模型的有效性与科学性。     

聚醚醚酮材料表面磺化改性及表面金属化

为满足聚醚醚酮(PEEK)应用于雷达天线、电路组件等产品的导电、焊接等功能特性,对具有极高化学惰性的PEEK进行硫酸磺化改性,并沉积Ni-P合金金属层,实现PEEK材料表面金属化。利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、接触角测试仪等对PEEK表面微观结构及镀镍层进行表征。磺化改性后PEEK表面呈现三维筛网状孔洞结构,且随浸蚀时间的延长,孔洞更加规则;硫酸改性后,基材表面粗糙度增大,亲水性增强。在进行化学镀镍时,Ni-P首先在三维网状孔洞结晶,并随着时间的延长,晶核二维生长至整个表面,最后生长成三维菜花状。镀层的结合强度随磺化时间的增加,焊点脱拉强度由3.2增至7.1 MPa。PEEK材料表面磺化改性及导电金属层的成功制备,可为其在雷达天线等领域的应用提供技术支撑。     

一个面向5轴曲面加工的实时NURBS曲面插补器

提出了一个实时非均匀有理B样条(NURBS)曲面插补器,论述了5轴平头刀加工方法运用Taylor展开和坐标变换方法分别推导并实现了NURBS插补、刀具有效加工半径、刀具补偿以及逆运动变换等算法。与传统自由曲面加工不同的是,所提出的插补器能根据刀触点进给率而非刀位点进给率实时生成计算机数控(CNC)机床运动指令。对实例零件曲面进行演示与仿真分析结果表明该曲面插补器可以应用于5轴曲面加工中。     

基于型面节点的复合材料构件模具型面修正研究

针对复合材料在热压罐中固化变形造成的零件尺寸误差、带应力装配、降低疲劳寿命等长期困扰航空、航天工业的问题,研究复合材料固化变形的影响因素、作用机理等,并利用基准点的位置坐标,实现两曲面间的匹配,提出变形修正的算法和切实可行的修正手段,从而在模具设计时对模具型面做相应的补偿,减少试模、修模次数,实现复合材料固化变形的有效控制,达到复合材料精准制造的目的。     

曲面型遮光罩的研制

介绍了一种曲面型蜂窝夹层结构遮光罩的研制技术,基于遮光罩的结构特点和技术要求,重点对材料选择、工艺方法、模具设计、技术难点及解决措施进行了讨论。结果表明:按照由内到外的胶接顺序采用两步固化工艺,能够解决曲面型遮光罩的成型问题,并满足各项设计要求。     

钛合金加工表面完整性的研究现状与展望

钛合金作为航空发动机等高端装备零部件的关键材料,具有良好的高比强度、优异的抗腐蚀性与超强的断裂韧性与疲劳性能.作为典型的航空难加工材料,钛合金在制造过程中引起的表面完整性对其服役性能与可靠性有着至关重要的影响.为此,从切削加工、磨削加工、复合加工与特种加工4个工艺角度对钛合金制造过程中表面完整性的研究现状进行详细阐述....     

自由曲面配准技术

讨论了自由曲面形状误差检测方法,研究了自由曲面配准技术.采用简单的方法定义测量数据与自由曲面的中心坐标系,并使用主轴法进行预配准,为后续精确配准提供了可靠的初值,避免常规方法易陷入局部最优解的问题.提出了曲面精确配准的迭代优化方法,该方法通过修改目标函数以及适当选取偏差阈值,有效降低局部大误差点对配准结果产生的影响.实验结果表明文中算法的有效性.     

航空发动机的表面涂层技术

结合实际应用,对发动机上各主要部件所使用的涂层及其工艺与性能特点进行了描述,并介绍了目前航空发动机涂层技术的分类和使用情况.     

电火花线切割加工的表面完整性

在电火花线切割加工中,有３项影响表面完整性的主要因素,即引起内应力和微裂纹的热作用;侵蚀材料的化学作用;造成表面层软化的电化学作用。为获得良好的表面质量,文中介绍了改善表面完整性的具体措施。     

现代表面工程技术的新进展

用以改变材料表面特性的技术,可以追溯到远古,３０００多年前中国的大漆、２０００多年前秦始皇墓中的青铜剑表面改性层就是明证。油漆、电镀、涂层这些古典防护技术,随着科学技术的进步都在发展之中,而当电子束、离子束、激光束这些近代技术于６０～７０年代进入表面...