Electrochemical machining of complex components of aero-engines: Developments,trends, and technological advances

Because of several advantages, such as no tool wear, independence on the mechanical properties of the material, and high machining efficiency, electrochemical machining (ECM) has become a viable method for machining components in numerous industrial applications, particularly in the manufacture of typical aero-engine components with complex structures fabricated from materials that are difficult to cut. This paper highlights the current developments, new trends, and technological advances of key factors of ECM, such as electrochemical dissolution characteristics of novel difficult to cut materials which are often used in aero-engine, numerical simulation of electrochemical process, design for the complex profile and structure of cathode tool, flow field simulation and design for uniform electrolyte flow, and innovation of electrochemical machining or hybrid methods which reflect the state of the art in academic and industrial research on electrochemical machining in aero-engine manufacturing.     

喷液式高速走丝电火花线切割高效切割研究

研究了高速走丝电火花线切割在浇注式与喷液式冷却条件下不同脉宽、放电峰值电流、脉间及喷液压力、喷距、运丝速度等因素对大能量高效放电切割的影响规律,分析认为大能量高效切割极间放电状况恶化的原因主要是极间工作液在巨大放电热量作用下产生汽化造成的,并验证了喷液式冷却方式是改善大能量条件下高效切割极间冷却状态恶化的有效手段,采用喷液方式突破了切割效率长期徘徊在200 mm2/m in的局面,最高切割效率可以提高20%,并且切割表面质量有很大改善。文中还针对喷液冷却体现出的高效切割工艺规律对今后喷液式高速走丝电火花线切割的设计提出了指导原则。     

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。     

电火花诱导可控烧蚀放电铣削实验研究

提出了一种电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工方法,在中空管状电极中间歇通入氧气,在氧气通入阶段电火花引燃金属,利用金属燃烧产生的化学能进行烧蚀加工,氧气关闭阶段进行常规电火花铣削修整,保证表面加工质量与精度。通过实验研究了极性、脉冲宽度、脉冲间隔、低压电流、氧气压力和供氧间隔等工艺规准对电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工材料蚀除率和电极相对损耗率的影响。结果表明:该加工方式适合采用正极性加工;电极相对损耗率保持较低的水平;进行粗加工时,应适当增加氧气通入时间,以增加材料蚀除率;进行精整加工时,则应减少氧气通入时间,增加电火花放电时间,以提高表面质量与精度。     

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。     

基于平底刀切宽张量的曲面分区加工轨迹生成方法

为提高曲面端铣加工的效率,在保证加工质量的前提下,应尽量保证刀具在各切触点处沿切宽最大的进给方向运动。复杂曲面上各点处的切宽最大进给方向常呈现区域化分布规律,基于单个加工区域的传统端铣轨迹生成方法仅能得到局部优化解。本文给出了平底刀端铣曲面切宽张量,将切触点处的最优进给方向求解转化为张量特征方向的求解,并基于切宽张量场的退化性质,提取三分退化点为曲面多个加工区域的交点,进而以相交点为起点、以最优进给方向为切向构造曲面内部边界,将曲面划分为一系列加工区域,各加工区域的最优进给方向分布连续,分别生成各区域的加工轨迹。该方法在CATIA CAM系统中实现,选例进行了应用验证,与传统的曲面加工轨迹生成方法相比,基于切宽张量的平底刀端铣分区加工方法显著提高了加工效率。     

新型高温渗碳不锈航空齿轮钢齿轮的弯曲疲劳失效机理

以新型高温渗碳不锈航空齿轮钢圆柱齿轮为研究对象,采用国标GB/T 14230-1993规定的"B试验法"开展了齿轮弯曲疲劳试验,并对轮齿的断裂的失效机理进行了研究.分析结果发现存在三种造成轮齿断裂失效的诱因:表面碳化物、表面缺陷和内部碳化物.其中,表面碳化物对轮齿弯曲疲劳寿命的影响比内部碳化物和表面加工缺陷都要严重.当...     

金属切削数据库系统的设计

本文首先研究设计了金属切削数据库系统的总体构成,该系统包含从切削数据的采集、管理、优化到切削加工专家系统的多方面功能。并根据实际加工需要定义了各功能的具体内容和用途,分析了各功能块之间的信息传递关系。其次,在分析切削数据之间联系的基础上,设计了金属切削数据的实体模型(E—R图)。然后,用关系数据模型描述了切削数据实体之间、属性之间的联系,通过棋式分解设计了规范化的离散型金属切削数据库的结构。该结构包含切削用量数据库、刀具几何形状数据库、切削液数据库和单位切削功率数据库,由此组成的金属切削数据库避免了插入、删除异常,减少了数据冗余,提高了存贮和存取效率。     

基于航空环境的面齿轮磨珩复合磨削加工方法

面齿轮传动由于其独特的传动优点,成为航空传动的主要研究方向。根据面齿轮传动原理,得到了面齿轮齿面方程。针对面齿轮的精密加工技术问题,提出了面齿轮磨珩复合磨削加工方法;基于面齿轮专用数控磨床,建立特殊磨削加工坐标系,根据砂轮磨削对面齿轮表面质量的影响规律、开槽技术及珩齿理论,研制了面齿轮专用斜槽磨削刀具和柔性珩齿刀具结构,进而得到磨珩复合磨削刀具;在此基础上进行了面齿轮磨珩复合磨削加工实验,并对样件进行表面粗糙度、残余应力及微观纹理检测,验证面齿轮磨珩复合磨削加工方法的可行性。      

基于差分进化算法的导航星座在轨重构构型设计

针对有卫星失效下的导航星座,提出了对在轨卫星进行相位机动的方法来对星座的空间构型进行重构,以实现修复和改善星座性能的目的。首先,利用共面高轨和共面低轨变相的方式来对在轨卫星的相位进行调整,建立共面轨道相位机动的数学模型;其次,提出了除重构时间和重构能量外的其他重构指标,包括重构能量均衡度和重构构型恢复性,并建立了各重构指标的数学模型;然后,建立了重构构型的优化模型,并对优化问题中个体的评价手段与编码方式进行设计;最后,以北斗中MEO卫星失效为例,利用差分进化算法对优化模型进行求解,得到以不同重构指标为目标函数下的Pareto前沿。从结果中可以看出该重构方法对星座性能的提升最大可以达到41.2%,同时Pareto前沿中对应的所有重构策略中,重构能量、重构构型的均衡度、重构构型的健壮性的数量级均维持在-1、-3和0的水平。