整体叶盘叶型电解加工流场设计及实验

电解加工（ECM）是航空发动机整体叶盘制造的主要技术之一,其电解液流场稳定性是影响电解加工精度和表面质量的核心因素。本文在分析原有的二维流场基础上,针对流体在不同流道截面下的流场状态,提出了一种三维复合电解液流场模式,即三股电解液分别从毛坯进气边、叶盆叶根、叶背叶根流入,由排气边交汇流出。采用有限元法对三维复合流场及两类二维流场开展仿真分析,分析结果表明三维复合流场改善了流道突变区域流场状态,有效抑制了二维流场的流场缺陷,有助于提高流场稳定性。对加工区液体流态进行了判断,其结果显示三维复合流场可以满足电解加工要求。开展了3种流场模式的加工速度比较实验,三维复合流场达到的进给速度最高,较二维流场可显著提升加工效率。采用三维复合流场开展了多叶片扇段加工,获得了较好的重复精度与表面质量。     

整体叶盘叶型电解加工流场设计及实验简

 电解加工（ECM）是航空发动机整体叶盘制造的主要技术之一,其电解液流场稳定性是影响电解加工精度和表面质量的核心因素。本文在分析原有的二维流场基础上,针对流体在不同流道截面下的流场状态,提出了一种三维复合电解液流场模式,即三股电解液分别从毛坯进气边、叶盆叶根、叶背叶根流入,由排气边交汇流出。采用有限元法对三维复合流场及两类二维流场开展仿真分析,分析结果表明三维复合流场改善了流道突变区域流场状态,有效抑制了二维流场的流场缺陷,有助于提高流场稳定性。对加工区液体流态进行了判断,其结果显示三维复合流场可以满足电解加工要求。开展了3种流场模式的加工速度比较实验,三维复合流场达到的进给速度最高,较二维流场可显著提升加工效率。采用三维复合流场开展了多叶片扇段加工,获得了较好的重复精度与表面质量。     

基于Realizable k-ε模型的叶盘通道电解加工多场耦合分析

叶盘通道电解加工(ECM)是决定整体叶盘电解加工成形精度的关键工序,其加工间隙不规则、建模困难。基于Realizable k-ε模型建立叶盘通道电解加工的气液两相流模型,根据参数传递关系建立多物理场耦合模型,分析加工间隙内电解液温度、氢气体积分数、电导率等重要参数的分布规律。仿真结果显示电解液在侧面间隙出现涡流现象,使该区域氢气堆积、温度上升,影响工件的成形表面质量,并导致该处的材料蚀除量减小,该结果在试验中得到证实。试验与仿真得出的工件轮廓形状变化趋势一致,试验与仿真获得的端面平衡间隙尺寸分别为0.26、0.33 mm,仿真的相对误差(27%)明显小于经典公式的相对误差(73%)。因此,模型可较为准确地模拟叶盘通道电解加工成形过程,反映各参数对工件成形的影响过程。     

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。     

航空发动机叶片脉动分步精密电解加工方法研究

电解加工在欧美航空发动机叶片或整体叶盘等核心部件的高效、精密制造中起到了重要作用。传统叶片电解加工模式中,叶盆工具电极和叶背工具电极相向运动,同时加工出叶型和进排气边轮廓,此时叶型精度易保证而进排气边精度低。提出了叶片脉动分步精密电解加工方法,旨在进一步提高叶身型面精度的同时提升进排气边轮廓精度。叶片电解加工分为两个不同的阶段,首先通过脉动态变参数模式进行叶身型面精密电解加工,其次利用微量脉冲电解模式进行进排气边的切向电解加工。阐述了脉动态变参数加工方法和进排气边微量脉冲切向加工方法在成型机理和工艺试验等方面的研究,并针对传统径向流场中存在被动分流的问题,提出了主动分流式径向流场。试验结果表明,提出的精密电解加工方法表现出很好的工艺效果,叶盆型面和叶背型面的轮廓度加工误差分别为–0.013～0.025 mm和–0.003～0.030 mm,进气边轮廓度加工误差为–0.034～0.041 mm,排气边轮廓度加工误差为–0.038～0.034 mm,叶盆型面和叶背型面的表面粗糙度分别为R_a0.333μm和R_a0.287μm。提出的方法为实现航空发...     

脉冲气体辅助掩模电解加工技术

表面织构被广泛应用于航空发动机关键零部件中,以提高其散热及润滑效果。掩模电解加工是一种高效加工表面织构的工艺方法,但加工中存在加工产物难以排出、电解液流速不均匀以及加工一致性难以保证等问题。为此,提出一种脉冲气体辅助掩模电解加工的新方法,该方法利用脉冲气体的瞬间冲击力对加工区域的电解产物进行冲刷,以促进加工区域电解液的更新。为了研究脉冲气体辅助掩膜电解加工工艺规律,基于COMSOL Multiphysics仿真软件建立了单喷嘴固定条件下加工区域气液两相流与电场耦合的多物理场理论模型。仿真结果显示,当喷气速度为100 m/s时,掩模孔底部流体流动速度最大可达到3.5 mm/s。加工后掩模板表面能够清晰看到产物的排出痕迹。此外,还探究了不同工艺参数对加工一致性与加工效率的影响规律。实验结果表明,喷嘴固定不动时加工一致性随脉冲气体喷射速度的减弱以及喷气脉冲间歇时间的增加而提高,而加工效率却会降低,实验中得到微坑深度标准差最小达到0.75μm,平均深度最大达到15.2μm。最后,分别对比了实验中有无脉冲气体辅助的加工结果以及模拟和实验的成形规律,并在喷嘴移动条件下加工出深度标准差与平均深度分别...     

数控电解加工整体叶盘的研究、应用和发展

整体叶盘、整体叶轮构件对于提高现代航空发动机性能具有重要作用 ,但其加工技术至今仍是一个难题。本文综述了数控电解加工整体叶盘的技术特点、研究和应用现状以及发展趋势     

榫槽结构浸没式管电极内喷液电解切割加工

在航空发动机中,用于连接涡轮盘和叶片的榫槽/榫头结构加工精度、表面质量要求极高,现有加工技术还不能实现涡轮盘榫槽结构的低成本、高效、高质量加工。电解线切割具有加工精度高、加工表面质量好、加工灵活性强等特点,对涡轮盘榫槽结构的低成本加工具有原理性优势。针对管电极内喷液电解切割时,切缝侧壁表面粗糙度不均匀问题,提出了浸没式管电极内喷液电解切割加工方法。在较为稳定、均匀的外部流场和快速流动的加工间隙内部流场共同作用下,实现了大厚度难加工材料的高效高质量加工。结果表明,相比于管电极内喷液电解切割,浸没式管电极内喷液电解切割加工出的切缝侧壁表面粗糙度比较均匀,整体加工质量较好。优选出内喷液压力,以4.5μm/s的进给速度在20 mm厚的高温合金GH4169工件上加工出表面粗糙度为Ra 1.247μm的涡轮盘榫槽结构。     

纯钨材料环形微槽电解电火花加工特性研究

为解决氙灯钨阳极表面密集环形微槽加工的技术问题,提出了采用RC电源,在超低电导率下电解电火花加工纯钨表面微沟槽的方法。研究在RC电源下,不同电解液类型下的电解电火花加工特性。首先,通过电化学工作站测量纯钨材料在不同电解液类型下的极化曲线,分析不同电解液类型的初腐蚀电位。为研究加工过程形成的气泡对加工的影响规律,通过高速摄像仪对不同工艺条件下加工区域的气泡形成与分布进行观察。最后,采用自主研制的试验装置开展了纯钨棒材表面环形微沟槽电解电火花加工工艺试验,分析工作液成分、电导率、转速和电压不同参数对加工特性的影响规律。在极间电压60V,转速500r/min,电导率为50μS/cm的NaOH电解液下加工了槽宽为50.97μm,槽深为17.31μm的微沟槽结构。     

叶片型面精密振动电解加工工艺研究

采用电解加工工艺对叶片型面进行加工,可以有效提高发动机叶片加工效率,降低生产成本。针对GH4169G合金叶片型面,开展了精密振动电解加工试验研究。结果表明:高频脉冲电流和阴极机械振动具有改善极间流场特性、降低阳极钝化和阴极的产物吸附的作用,可以大幅改善加工效果;采用参数组加工电压15V、阴极振动频率25Hz、开通角度Ra 150°~195°、脉冲频率3000Hz时,获得最优的型面加工质量,型面轮廓度为-0.012~+0.013mm,表面粗糙度值为0.51μm,证明精密振动电解加工工艺满足叶片型面的加工要求。     

整体叶盘抛光技术的研究现状及发展趋势

整体叶盘的表面质量和型面精度对航空发动机的气流动力性和使用性能影响巨大,而抛光是保证整体叶盘最终表面质量及型面精度的关键技术。针对目前国外对整体叶盘抛光技术及装备的严格保密、国内整体叶盘的抛光仍然广泛采用人工打磨的现状,对整体叶盘的抛光技术研究现状及发展趋势进行归纳总结,为整体叶盘的抛光及其自动化的发展提供参考。首先,概述了整体叶盘抛光加工的必要性及其重要性,分别从整体叶盘结构特性、材料特性和曲面特性等方面分析了整体叶盘的抛光工艺,并介绍了整体叶盘抛光工艺要求。然后,就整体叶盘磨料流加工、电解加工、砂带抛光等方面概述了国内外整体叶盘抛光技术及装备的研究现状,在此基础上提出了制约整体叶盘型面抛光技术发展的关键问题及其研究内容和解决方案。最后,根据整体叶盘的技术现状及核心关键问题指出了整体叶盘抛光技术的发展趋势。     

航空发动机压气机整体叶盘电解加工技术

介绍了整体叶盘电解加工技术的国内外发展及应用情况,重点阐述了高效电解预加工技术及精密振动电解加工技术的工艺路线、参数制定等关键技术问题。还介绍了与叶型加工相关的主要加工方法,包括机械加工、切割加工等。     

精密电解套料阴极设计与优化

通过对整体叶盘的结构特点、技术要求和材料特性等分析,确定了电解加工技术方案,分析了电解加工套料阴极设计及轨迹计算、成型阴极设计、参数优化等3大关键技术,重点针对套料加工阴极型面设计、流场设计、轨迹计算、间隙计算等关键步骤进行了详细论述,并通过试验进一步反复优化,解决了流场不均、火花短路等问题,最终验证了工艺可行性,且套料电解加工的叶盘余量较为均匀,能够满足后续精电解加工要求,取得了良好效果.     

叶片 精密电解加工

电解加工的理论和实践表明,要实现叶片精密电解加工,关键在于实现小间隙加工。但减少间隙又受到如下障碍:电解产物排出条件恶化,甚至极间被堵,造成短路烧伤;为及时排出电解产物必须提高电解液的流速和压力,结果在加工区产生很大的电解液反力,使叶片变形,过高的流速还会造成流场不均,出现空穴现象,以致稳定的小间隙加工无法进行。因此采用普通电解加工方法,靠加大电解液压力和电极送进速度来实现小间隙加工并不是理     

基于周期性换向冲液的掩膜电解加工技术

掩膜电解加工技术是一种用于阵列结构加工的高效电化学加工技术,被广泛应用于各类难加工材料的阵列群孔、群坑或群槽的加工制造。目前,掩膜电解加工中多采用侧面单向供给电解液的方式进行加工,该冲液方式简单易行,但由于加工区迎水面和背水面的流场差异,造成群孔结构的成形精度较差。为此,提出了周期性换向冲液技术,以改善加工区流场分布,进而提升群孔结构的成形精度。通过数值模拟仿真和实验研究,明确了最佳的换向冲液频率,研究结果表明换向冲液技术可以有效提升孔的成形精度。最终,采用周期性换向冲液技术完成了阵列群孔结构的加工,相较于单向冲液,孔的侧壁与轴线夹角差异率下降至1%以内,获得了较高的成形精度。     

整体叶盘超硬磨料砂轮数控磨削加工技术

针对航空发动机整体叶盘进排气边曲率半径小、材料加工难度大、工具磨损快、编程难度大、加工周期长和容易产生加工变形等问题,对多种整体叶盘的磨削加工技术进行了系统的研究,总结了一系列整体叶盘的CBN砂轮数控磨削加工技术,开发了专用的整体叶盘编程模块。利用鼓形砂轮插磨方法和宽行周磨方法实现了整体叶盘叶片的全型面高精度磨削,加工面轮廓精度提高到15-20μm,最小进排气边圆弧半径达到28.7μm。利用几何自适应磨削加工方法实现整体叶盘进排气边的局部磨削加工,接刀痕迹低于10μm。提出了整体叶盘的三轴圆柱坐标磨削方法和圆周阵列磨削方法,可望将叶片长度不大于60mm整体叶盘的加工时间从数十乃至数百小时缩短到3h以内。     

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。     

添加络合剂电解加工小孔的实验研究

本文通过向电解液中加入络合剂与常规电解加工进行了侧面间隙、加工效率的对比实验,对添加络合剂的加工机理以及实验结果进一步分析。实验分析表明,和常规电解加工小孔相比,添加络合剂使得加工间隙内气、液、固三相流场更趋于气、液两相流场,改善了流场分布的均匀性,从而使得加工过程中侧面间隙变小,加工精度和加工效率得到提高。     

航空发动机整体叶盘磁力研磨光整实验

磁力研磨工艺抛光整体叶盘时,工件与磁极干涉严重,用径向磁极代替轴向磁极加工可有效避免干涉,但研磨压力小、研磨效率低.通过对磁力研磨径向磁极加工机理和单个研磨粒子的微观受力情况详细分析得到:提高磁场强度变化率可有效增大磁力研磨效率.经有限元模拟分析发现磁极表面沿轴线方向开矩形槽可使磁场强度变化率提高.对镍基高温合金材质整体叶盘进行磁力研磨实验,并对实验数据分析研究得出:以径向磁极为工具的磁力研磨法可实现对整体叶盘的无干涉加工,磁极开矩形槽后磁力研磨效率可提高31%,叶盘表面粗糙度值由研磨前的1.2μm降至0.18μm,验证了磁力研磨工艺对高效、高质量实现整体叶盘表面光整加工的可行性.      

内喷式阴极电解加工整体叶轮叶间通道的间隙特性

本文介绍了在内喷式阴极展成电解加工整体叶轮叶间通道时，加工电压、阴极进给速度、电解液压力和温度对加工间隙的影响，经过对其试验数据所作分析，得出了一些有益的结论，为展成电解加工整体叶轮提供了试验与理论依据。