涡轮叶片精铸模具陶芯定位元件逆向调整算法

针对空心涡轮叶片蜡型压制过程中陶芯定位元件补偿量难以量化问题,提出了基于蜡型壁厚测量结果的逆向解析算法.通过建立陶芯定位误差传递模型和逆向调整模型,确定了陶芯壁厚偏差与定位元件补偿量之间的映射关系.运用超声脉冲反射法对一组蜡型进行壁厚测量,根据测量结果逆向调整陶芯定位元件尺寸并重新压制蜡型进行对比分析.结果表明,该方法...     

空心涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位元件尺寸计算方法

 针对空心涡轮叶片精铸蜡型陶芯定位元件尺寸难以精确量化的问题,提出了基于模型匹配算法的陶芯定位元件尺寸计算方法。通过将壁厚权值因子引入匹配模型,实现了测量数据与理论模型的精确匹配;基于匹配后的陶芯实测数据,建立了定位元件的尺寸计算方法;最后,将壁厚偏差分布一致的一批陶芯分两组进行实验对比。结果表明该方法计算出的陶芯定位元件尺寸能够有效提高蜡型壁厚精度,对空心涡轮叶片的精确控型有一定的指导意义。     

芯模填充对铜钛复合管绕弯截面畸变和壁厚减薄作用的模拟研究

为了提高铜钛复合管绕弯成形精度,基于所建有限元模型,研究了刚性芯模参数对复合管截面畸变和壁厚减薄的影响规律,并对比了刚性芯模填充和弹性芯模填充。研究结果表明:(1)随着刚性芯棒伸出量的增大,双金属复合弯管的基、覆管截面畸变率逐渐减小,壁厚减薄率逐渐增大,最佳芯棒伸出量为7mm。(2)较之无芯模填充,采用刚性芯模填充后,截面畸变显著降低,但是壁厚减薄率增大;控制截面畸变时,一定要考虑芯模对复合管壁厚减薄率的影响,并根据实际生产要求和管材尺寸结构灵活选择填充状态。(3)弹性芯模填充时,截面畸变率沿弯曲方向的分布较之刚性芯模均匀;刚性芯模较之弹性芯模可以更好地控制复合管的截面畸变,但最大差距只有1.03%。弹性芯模较之刚性芯模可以更好地控制复合管的壁厚减薄率,最大差距为3.27%。综合考虑截面畸变和壁厚减薄,弹性芯模对双金属复合管的填充效果更好。     

空心叶片蜡模壁厚的超声波测量法

介绍了在熔模铸造空心叶片过程中，用超声波测量法测量叶片蜡模壁厚的原理、应用和优点。     

燃气轮机叶片精铸蜡型陶芯夹紧元件布局优化研究

利用陶芯夹紧元件的布局优化方法可以解决燃气轮机叶片精铸蜡型的壁厚控制问题。首先,对注蜡过程进行模拟,得到陶芯的载荷变化曲线;然后,基于计算力学理论,建立陶芯在夹紧元件不完全约束下的运动模型,计算陶芯漂移量;接着,基于陶芯漂移与夹紧元件布局之间的映射模型,以减小陶芯漂移为优化目标,建立陶芯夹紧元件布局优化模型;最后,采用改进的遗传算法对夹紧元件布局方案进行优化。结果表明:陶芯夹紧元件优化方法可以有效控制陶芯的运动漂移,降低了蜡型壁厚偏差。     

基于凸包算法的陶芯弯曲度与扭曲度误差计算

陶芯弯扭变形直接关系到空心叶片的壁厚尺寸分布,为克服当前陶芯弯扭变形的计算中测量数据与理论模型三维配准、陶芯截面轮廓线提取或拟合的过程算法复杂、收敛速度慢、效率低等问题,提出了一种通过测量数据点直接计算陶芯弯曲度和扭曲度误差的算法,该算法不需要三维配准和提取陶芯外轮廓线,通过距离权值法计算陶芯弯曲度,凸包算法计算陶芯扭曲度,能大幅提高计算效率。仿真与实验结果表明:该算法弯曲变形计算精度为99.55%,与二维配准算法相差±0.01mm;扭曲变形计算精度为99.98%,与二维配准相差±0.006°。      

异型截面铝合金管件内高压成形

对空心异型截面弯曲轴线铝合金零件内高压成形进行了工艺实验与数值模拟.采用压弯与内高压成形的工艺步骤成形零件,测量了成形零件典型截面的尺寸与壁厚分布,通过数值模拟分析了变形过程中的等效应力与壁厚分布.经检测成形零件外形尺寸与壁厚均符合设计要求,但典型截面壁厚分布不均匀.     

壁厚与外形耦合约束下空心叶片加工余量优化方法

针对宽弦空心风扇叶片余量分布不均匀甚至负余量的困难，提出了考虑壁厚与外形耦合约束的多层次余量优化方法。首先，获取外形在机测量结果后，利用拉普拉斯网格变形算法重构叶片毛坯曲面，据此在叶片机内测量允用时间内获得壁厚测量处精确的法矢。为了加工余量分布同时满足叶身壁厚和外形的设计要求，建立了耦合壁厚和外形的优化约束条件，提出了不同解空间的多层次余量优化变量，从而构建了不同优先级的余量优化模型。并且通过递进使用不同优化模型求解最优空心叶片余量分布。最后，以某型空心叶片为对象验证了所提方法的有效性，能保证加工余量、壁厚与外形耦合的公差约束，这为宽弦空心叶片智能余量优化提供了新方法。     

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。     

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.     

某型发动机高压压气机第6级静子叶片掉角故障分析

针对某型发动机高压压气机第6级静子叶片掉角故障,分别进行了断口分析、强度计算、振动模态试验和整机动应力测试,综合分析结果表明:第6级静子叶片掉角断口均属于高周疲劳;实测第9阶振型的最大相对振动应力区与故障叶片的裂纹起始位置吻合;第9阶自振频率对叶尖附近的弦长、厚度及尾缘R的尺寸微小变化很敏感。采取了增加频率限制、对涂"W"漆前的吹砂工艺进行细化以保护叶片的措施,使得该故障得以排除。     

钛蜂窝体制备及压缩性能研究

采用融熔沉积快速成形法制备钛金属蜂窝结构材料,对粉浆制备、钛金属蜂窝结构蜡坯固化、脱蜡等工艺以及所制备的钛蜂窝体的压缩性能进行了研究.结果表明,采用融熔沉积快速成形可以制备钛金属蜂窝结构,工艺简单、尺寸可控,钛蜂窝结构的相对密度在9%～12.6%范围内,屈服强度和弹性模量的增加不大;相对密度超过12.6%后,屈服强度显著增加,但弹性模量增加的幅度不大.通过改变蜂窝体正六边形的边长或改变蜂窝体的壁厚均达到相同的相对密度条件下,蜂窝体的压缩强度差别不大,但对蜂窝体的弹性模量却有显著影响.     

A wall-thickness compensation strategy for wax pattern of hollow turbine blade

As an important index affecting the aerodynamic performance and the structural strength of hollow turbine blades, the wall-thickness precision of the blade is mainly inherited from the positional relationship between the corresponding wax pattern and the internal ceramic core. However, due to locating errors, the actual position of ceramic core is always deviated from the ideal position, which makes it difficult to guarantee the wall-thickness precision of the wax pattern. To solve this problem, a wall-thickness compensation strategy is proposed in this paper. Firstly, based on the industrial computed tomography (ICT) technique and curve matching algorithms, a model reconstruction method is developed, with which the 3D model of a trial wax pattern can be easily constructed. After that, focusing on eliminating the wall-thickness errors of the trial wax pattern, an optimization method for the pose of the ceramic core in the wax pattern is proposed. Then, by mapping the optimal pose of the ceramic core to length adjustments of the locating rods, the wall-thickness errors of the wax pattern can be greatly reduced. A case study is also given to illustrate the effectiveness of the proposed compensation strategy.     

基于展向参数主动控制的机翼外形设计方法

传统的机翼外形设计方法包括平面形状设计和关键剖面翼型控制,但有限的机翼剖面翼型无法完全控制机翼参数沿展向的完整分布。以主动控制机翼参数沿展向分布规律为出发点,基于 CATA 中创成式曲面设计模块,提出了一种新的机翼外形设计方法。在所展示的建模实例中,实现了对机翼弦长、几何扭转角、翼型厚度等参数沿展向分布规律的主动控制。建模结果显示,与传统的机翼外形设计方法相比,获得了理论弦曲面和理论前后缘曲线,而非理论弦平面和理论前后缘直线,同时得到前后缘线以外的其余"条展向引导线。该方法可以很容易地推广到对后掠角、最大厚度、最大弯度等参数沿展向分布的主动控制,具有工程应用价值。     

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。     

电铸-电解组合法加工双向喇叭孔阵列

为解决双向喇叭形金属微小孔阵列的高效低成本制造难题,提出了一种基于镂空型惰性金属模板的、由电铸加工与掩模电解加工步骤串接而成的组合式加工方法。基于建立的数学模型,在证实该组合加工可行性的基础上,进一步仿真分析与试验研究了惰性金属模板结构参数对被加工孔阵列几何结构形状的影响规律,并进行了参数优选,数值分析与试验结果基本一致。研究结果表明:被加工孔阵列的几何特征参数严重受惰性金属模板结构参数的影响;采用大厚度、大于90°开口角的惰性金属模板有利于获得最小孔径更小且出入口廓形对称性更好的双向喇叭形孔;模板筋宽越小,越易于实现大孔深、高对称性的双向喇叭孔;模板孔径越大,喇叭孔金属层的极限厚度越大,但出入口廓形的对称性越差。此外,在小筋宽、90°开口角的惰性金属模板上更易电解加工生成""形喇叭孔。基于优化的惰性金属模板,能电铸-电解组合加工出出入口廓形对称性好的、最小孔径比被复制模板孔小的、网片厚度大且表面光滑的双向喇叭形金属微小孔阵列,其进出口的对称度、孔径偏差与出口相对于最小孔径的扩口率等分别为88.8%、9.7%和110.1%。