大直径整体叶轮分步法电解加工工艺与试验

在对大直径整体叶轮的叶片特征和过去电解加工(ECM)方法比较分析的基础上提出了一种叶片分步加工的电解加工方法.首先确立了分步法的加工顺序,采用专用仿真软件对叶片的被加工区域进行划分,使前道工序加工后留下的区域满足后道工序的电解加工要求;在此基础上计算各工序的加工运动路径,并根据机床运动配置形式给出了叶片加工所需的四轴联动算法,通过软件自动生成数控加工自动编程;借助于CAD/CAE/CAM软件设计了一组加工阴极并进行了工艺试验.试验结果表明,通过合理的区域划分,叶盆、叶背和叶根的加工过程具有较好的稳定性,叶背、叶根的加工精度得到了较好的控制.该工艺方法可望较高精度地解决大直径整体叶轮叶片型面加工难题.     

基于精密电解工艺的叶片进排气边形状控制方法

针对高温合金复杂曲面叶片进排气边尺寸和形状的高精度要求,开展了精密电解加工试验研究。结果表明,利用振动进给电解机床与优化电极设计方法可以有效提高电解加工叶片进排气边尺寸形状精度。使用电导率85~90m S/cm,温度25℃的Na NO3电解液,叶盆和叶背电极振幅0.4mm,振频40Hz可加工出中心型面进气边形状满足设计要求,排气边接近设计要求的试件。在此基础上,探索采用振动光饰工艺作为精密电解加工技术的辅助手段解决叶片进排气边形状控制难题的方法。     

大扭曲叶片整体涡轮电解加工工艺研究

研究用展成电解工艺进行大扭曲度整体涡轮叶片的机械加工，对涡轮叶片型面进行数据处理，用软件方式实现电解加工的多轴联动进给；分析叶片电解过程成形规律，合理设计阴极、流场，解决大扭曲叶片加工的叶背二次腐蚀、出口短路等关键工艺问题，试验可稳定达到工序精度要求，并可批量生产。     

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。     

基于等高测量数据点的叶片型面建模关键技术

叶片类零件被广泛应用于航空航天领域,其测量建模是逆向制造的关键.根据叶片类零件的几何结构特征,采用等高法测量叶片型面,对其建模过程中的关键技术进行研究.研究了叶片型面测量建模过程中的测头半径补偿方法,测量坏点的剔除,利用单圆弧法构造缘头截面线以及利用NURBS曲线方法构造叶盆、叶背截面线,并实现叶盆(背)截面线与缘头的...     

内部冲击和外部气膜的组合特性研究

利用数值模拟的方法研究了一种外部稀疏气膜和内部冲击复合的导向器叶片冷却结构.研究的重点是气膜孔和冲击孔的相对位置以及气膜孔直径对叶盆和叶背冷却效率的影响规律, 并对叶盆区域和叶背区域的综合冷却效率和热均匀性做了讨论.计算表明:在计算所选取的参数范围内, 气膜孔直径的增大提高了叶盆区域的综合冷却效率, 而对叶背区域的影响规律则较为复杂;综合考虑叶盆叶背的冷却效率和热均匀性, 气膜孔的位置在单元腔的前部时冷却效果最好.      

径向槽对涡轮叶间补燃室性能影响的数值研究

为探究径向槽对涡轮叶间补燃室的影响,设计了两种涡轮叶间补燃室模型.用计算流体动力学的方法对涡轮叶间补燃室内流动及燃烧进行数值模拟,数值模拟结果与实验数据基本吻合.涡轮叶间补燃室性能稳定,燃烧效率在97.5%以上,绝对压力损失为5.7%.叶背径向槽会引起气流在叶背发生分离,流场遭严重破坏,叶盆径向槽会减弱分离现象,改善出口径向平均速度分布.叶盆径向槽可提高燃烧效率,降低叶片表面温度,使叶间、出口温度更均匀.叶盆径向槽较叶背径向槽能降低CO、未燃碳氢化合物的排放量,但会引起NO排放量增加.      

斜劈缝涡轮导向叶片尾缘出流气体流动特性数值分析

通过RNG k-ε湍流模型求解可压流的N-S方程,研究燃气轮机涡轮导向叶片尾缘劈缝出流冷气的流动情况。对斜劈缝涡轮叶片的尾缘部分建立了二维模型,根据航空发动机工况设置边界条件并进行数值模拟。研究表明,由于外流和叶片叶盆尾缘厚度的影响,叶盆尾缘端部形成局部回流,叶片尾缘劈缝气体流出后受压力梯度的影响先抬起与叶背面分离,在流过一段距离后由于跨音速流膨胀波的作用,冷气流再次附着在叶背尾缘上。文章讨论了涡轮叶片叶盆不同尾缘厚度、倾斜角度、几何造型对尾缘劈缝处流体流动特性的影响,对比了不考虑外流流动影响时尾缘劈缝处流动情况的影响。      

压气机“端弯”叶栅流场结构的试验研究

本文通过“端弯”和“无端弯”压气机叶栅的对比试验及流场显示,论述了“端弯”叶栅改善压气机端区流动和减小端区损失 (并降低沿叶高按质量平均求出的总压损失系数 )的机理。压气机“端弯”叶片的叶盆和叶背叶片力指向都有利于改善端区流动。前者将端壁区外叶盆的高能气体压向端区,后者将端区内叶背的低能气体送向叶中区。这是“端区”损失系数下降的主要原因之一。      

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。     

离心压气机转子内近端壁区三维紊流流场

用三维激光多普勒测速系统测量研究了一个离心压气机转子近端壁区三维紊流流场。结果表明,整个叶片通道内叶背角区存在角涡及其伴随涡,叶盆角区存在前缘马蹄涡的叶盆分支,它们的发展、演化较大地影响着附近区域的流动,是造成了所在区域流动阻塞和气流脉动的主要因素。前缘马蹄涡叶背分支沿下游逐渐向叶盆方向发展,与端壁附面层和主流的进一步掺混,并在约 1 /2叶片通道处的叶盆角区与前缘马蹄涡的叶盆分支发生交混,在下游造成一定强度的流动阻塞和紊流脉动带。      

气膜出流对叶片各内表面换热系数的影响

利用数值计算的方法研究了气膜出流对叶片前腔内各表面冷气对流换热系数的影响。研究的重点是气膜孔间距比和进气雷诺数等因素的影响规律。文章分别就叶片前缘和叶盆区域以及叶背区域的局部和平均换热系数的变化做了讨论,计算表明,在计算所取的参数范围内,随气膜孔间距比和进气雷诺数的增加,叶盆内表面的平均换热系数增加可达一倍以上,但由于气膜出流导致叶背边内表面的平均换热系数有所下降。本文的研究工作只限于不可压层流。      

超薄扭曲叶片精密电解加工

介绍了由方料经单面电解加工超薄扭曲叶片叶身型面的方法．以及其零件加工难点、夹具和阴极结构及非加工面的保护．用该方法批生产叶片、叶身型面重复制造精度稳定，型面轮廓精度基本满足了无余量修抛要求．     

GH40钢不同热处理状态下电解加工的金相观察

GH40钢电解加工叶片是由冷拉方钢生产的。供应状态的方钢具有良好的表面质量。但在电解加工中,经常出现一些问题,即同一GH40钢材料,在不同的热处理状态下,电解加工出来的叶片表面质量相差很大,有些叶片的表面腐蚀严重,以致影响使用。为保证叶片质量,对不同热处理状态下的 GH40冷拉方钢进行了电解加工试验和金相观察,本文概述对试验结果进行的分析。     

某机低压0级工作叶片的加工工艺

针对某燃气轮机低压0级叶片的结构特点，抛弃原来电解加手工抛光的方法，用五轴连动数控加工中心加工叶身型面、缘板及进排气边缘，提高了大型面叶片的叶身表面加工质量和加工效率。     

基于红外辐射的涡轮转子叶片前缘温度场测量

根据发动机涡轮转子叶片温度场测试需求,对发动机进行了局部改装,并设计了安装支架,利用红外辐射高温计测量了发动机涡轮叶片前缘及叶盆温度场。试验结果表明,所有叶片表面温度分布具有明显的规律性——中截面附近区域前缘温度最高、叶盆次之,在前缘和叶盆之间存在一低温区;从前缘到叶盆的叶尖弦向温度呈反S形分布。各涡轮叶片叶盆存在一椭圆形高温区,该高温区在中截面附近温度最高,沿叶尖和叶根方向延伸并伴随温度递减。各涡轮叶片前缘温度的高温区都集中在中截面附近约1/3叶高范围,叶尖和叶根温度都较低。     

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。     

进一步提高电解加工技术

电解加工作为一种工艺方法用于生产,在我国已有十多年的历史,不论在电解加工工艺技术上还是在设备设计制造上都有了很大的进展。电解加工的应用范围正在不断扩大。航空发动机叶片的成批生产,已能直接由锻件加工而且基本上保证型面公差在0.18毫米以内。目前电解加工的叶片类型正在不断扩大:从锻造叶片到精铸叶片,从镍基合金叶片到钛合金叶片,从小涡轮叶片到大型风扇叶片,从单个叶片到整体涡轮叶片,还要扩大到整体涡轮扭曲叶片的加工。     

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。