压气机整体叶盘修复再制造的研究进展

压气机整体叶盘的应用,是高性能发动机的典型技术之一,但整体叶盘接触包含各种固体物的高速气流,频繁出现多种不同形式的结构损伤和性能衰退,严重制约发动机高性能、高可靠和长寿命运行。基于深度维修的整体叶盘再制造技术,是解决上述难题的有效途径。本文针对压气机整体叶盘修复再制造过程中的共性基础问题,总结国内外整体叶盘修复再制造的历史沿革和技术发展,根据整体叶盘几何结构损伤形式和服役损伤形式,从损伤可修复评估与设计、熔焊修复技术、压力焊修复技术、钎焊及激光增材修复及技术、表面加工及优/强化技术等五个部分进行系统阐述,并探讨整体叶盘修复再制造中评估设计、技术发展和深度修复等重要问题,旨在推动整体叶盘再制造技术快速发展和应用。

带轴颈的空腔打印叶片的工艺与编程研究

在航空发动机结构中,叶片作为实现航空发动机性能的关键零部件,具有薄壁异形结构复杂、材料难加工、加工精度与表面质量要求高等典型特点。文章以某高温合金材料成型叶片为工艺研究对象,通过合理安排工艺流程、优化模型、应用四轴加工策略等工艺方法成功加工该型叶片。同时,通过圆柱度仪测量叶片轴颈同轴度,及三坐标测量机检测叶型截面评价分析,有效评价叶片零件的加工质量情况。

基于参数映射的叶轮粗加工椭圆摆线轨迹优化

为了提高复杂曲面叶轮流道开槽加工效率,提出了一种曲面粗加工摆线轨迹规划方法。首先确定流道的可加工区域并进行参数化;然后在该参数域建立以最小加工时间为优化目标的椭圆摆线轨迹关键参数的数学模型,通过区间缩小法求解出满足加工要求的最佳椭圆短半轴长度与行距,从而获得参数域摆线轨迹;最后将参数域的轨迹映射至物理域来获取走刀路径。为了验证所提轨迹规划方法的高效性和有效性,以某叶轮为对象,计算了流道椭圆摆线开粗加工轨迹,并将所提方法的计算时间与传统行切法轨迹计算时间进行对比,发现计算效率提高了19.4%。此外,摆线流道开粗和行切法流道开粗的仿真加工对比结果证明,相同参数设置下所提方法的加工效率比传统行切法的加工效率高22.4%。实际摆线铣削开粗结果表明,叶轮流道切痕形状与摆线轨迹一致,表面残留满足粗加工要求,证明所提方法是有效可行的。

基于轻量化BIM的高空台液压加载试验智能管控技术

为了使航空发动机高空模拟试车中的液压加载试验智能高效地运行,完善并优化其试验平台,提出一种基于轻量化建筑信息模型(BIM)的液压加载试验智能管控技术。建立了支持管控平台运行的高空台液压加载试验软硬件协同运行架构,提出了基于WebGL的数据在Web端3维模型上实时展示的技术,以提高试验操作人员对试验进行监测的直观性。所设计的智能管控平台同时集成了试验设置与试验操作、数据管理、试验过程分析、故障诊断分析等功能。结果表明:所提出的基于轻量化BIM的智能管控技术可使试验操作人员直观、便捷、高效地进行试验流程管控、数据综合管理、设备健康状况分析,提高了高空台液压加载系统试验的智能化、自动化水平。

三坐标测量机在航空发动机零部件检测中的运用分析

三坐标测量机在航空发动机零部件检测中,往往因为三坐标选择的型号(含精度)、测量功能、测量方法等因素造成测量数据不准确、测量效率低等。为了能够提高三坐标测量机在航空发动机零部件检测中的应用效果,对三坐标测量机发展进行了简要介绍,并针对三坐标测量机在航空发动机零部件检测应用中存在的这些问题,从航空发动机零部件特点、三坐标测量机检测航空发动机零部件的具体测量方法出发,本文提出了一些在现场特别适用的运用指导方法,希望可以改进三坐标测量机在航空发动机零部件检测中的应用效果。

复杂扩压器精铸加工缺陷分析及余量控制方法

针对复杂精铸扩压器加工位置铸造余量不足缺肉、焊接止口厚度薄厚不均匀等现象,文中分析了机械加工过程中复杂精铸扩压器变形机理,利用三坐标检测、划线检查、余量试切等方法确定内外引气管的缺陷位置及大小,控制铸件毛料余量加工要求。研究结果表明:文中方法提高了铸件扩压器机械加工尺寸的一致性,降低了机械加工难度,有效解决了约96%的铸造毛料缺陷及变形严重引起的零件报废问题,可为普通铸件毛料预检测及机械加工提供参考。

基于Simufact Additive对GH4169旋流机匣激光选区熔化成形过程工艺仿真研究

采用Simufact Additive软件建立激光选区熔化成形GH4169旋流机匣三维瞬态有限元模型,对该模型进行增材制造过程风险工艺仿真分析。分析了不同工艺参数对应力场及形变量的影响,获得了最佳工艺参数。利用最佳工艺参数和打印策略进行热-结构耦合场的仿真计算,分析打印、基板切割、支撑去除以及热处理等各个阶段的变形、温度和应力分布等。结果表明:零件外侧支撑连接处的应力水平较高,已超过1000 MPa,易造成变形甚至支撑开裂,因而优化迭代支撑方案,对其外侧区域添加大量断续片状实体支撑以进行加固和传热优化;零件在周向各区域均匀向内收缩,在实际打印时制定了零件的收缩补偿措施;热处理过程使得应力水平进一步降低,且均匀化。

基于ABAQUS的W形金属密封环密封性能研究

W形金属密封环作为航空工业中使用的一种重要密封手段,其密封性能不仅影响着航空发动机性能,还对整个动力系统的安全有着至关重要的影响。利用ABAQUS建立W形密封环的数值分析模型,以Von-Mises应力和接触应力来表征其密封性能,分别研究工况环境以及结构参数对W形密封环密封性能的影响规律。研究表明,随着工况温度的升高,Von-Mises应力和接触应力逐渐变小;在一定范围内,随预压缩量的增加,Von-Mises应力和接触应力会随之增大,密封性能愈好;随介质压力的增加,Von-Mises应力呈现先减小后增大,而接触应力逐渐增大;同时,在一定范围内,随W形金属密封环壁厚增加,Von-Mises应力和接触应力随之增大,随着波峰半径增加,Von-Mises应力和接触应力随之减小,而随着波谷半径增加,Von-Mises应力逐渐减小,接触应力会先减小后随之增大。

整体叶盘电解加工电解液进液角度优化研究

整体叶盘电解加工中,流场对加工稳定性起着重要作用,电解液进液角度对流场均匀性具有重要影响。针对由叶尖至叶根流动模式,设计了5种电解液进液角度流动模型(12°、22°、32°、42°以及52°),并开展电解加工流场仿真研究。结果表明,电解液进液角度为32°时,平均流速为19.01 m/s,流速均方差为6.33,满足整体叶盘电解加工对流场的要求。在电解液进液角度为32°的流场形式下,开展整体叶盘电解加工试验,加工过程稳定,试件表面无流纹,加工精度为0.12 mm,表面粗糙度为Ra0.353μm,验证了流场的合理性。

刀具磨损对FGH96试件加工表面完整性及疲劳性能的影响

粉末冶金高温合金FGH96的切削加工性极差,加工过程中刀具磨损严重,直接影响零件的加工表面质量和疲劳寿命。采用涂层刀具车削FGH96试件,研究刀具磨损对FGH96试件加工表面完整性及疲劳性能的影响规律。结果表明,随着刀具磨损量(刀具后刀面磨损量)的增加,试件表面粗糙度Ra会随之增大,加工表面显微硬度则逐渐减小;加工表面残余应力均表现为残余压应力状态,且残余应力绝对值随着刀具磨损量的增加而增大;加工表面塑性变形层深度则随着刀具磨损量的增加而加深。同时,当刀具磨损量VB≤0.15 mm时,在试件表面完整性的综合影响下,试件的疲劳寿命下降幅度较小;当刀具磨损量VB>0.15 mm后,试件的疲劳寿命则急剧下降;因此,为保证FGH96试件车削加工后的疲劳寿命,车削刀具的磨损量VB应控制在0.15 mm以内。

高温合金整体叶环叶片点接触铣削加工技术研究

航空发动机高温合金整体叶环具有半封闭流道型腔结构,开敞性差,叶片具有复杂自由型面、壁薄等特点,难以切削加工,且易出现干涉和变形。为解决此类零件的高效高精加工,提出了一种点接触式铣削加工的工艺方案,建立了切削力模型,分析出刀具铣削过程的主要影响因素为变化进给比例,应用UltraCAM工艺软件优选了点铣工艺方法的进给比例,得出相应的刀具轨迹与数控加工程序,并对基于第三级整流器的整体叶环零件进行实际加工验证,达到了预期效果,为整体叶环快速研制提供有效的叶片点接触铣削加工工艺规范。

航空发动机导管弯头增减结合制造技术研究

针对典型航空发动机钛合金导管弯头零件形状复杂、薄壁、切削加工性差的问题,基于3D打印技术和数控车削技术各自优势,设计了增材制造和减材制造相结合的制造工艺流程,即钛合金导管弯头毛坯制备采用3D打印增材制造技术,解决了复杂异型结构成形难题;导管弯头精加工采用数控切削(减材)加工技术解决了加工精度问题,并优化了该零件3D打印工艺参数和数控车床工装夹具,确保了制造精度和效率,为解决航空发动机钛合金导管弯头工艺难点提供了新的技术思路。

基于森林球的工业CT测量不确定度评定与分析

针对工业CT实际检测中涉及的零件材质与尺度跨度较大,且采用非金属森林球来评定工业CT测量不确定度存在适用性和可靠性不足的问题,基于不同材质森林球进行了工业CT测量不确定度评定,获得了标准器材质对测量不确定度的影响规律。根据工业CT的常用测量范围,设计制作了3种不同材质的森林球标准器,并用三坐标测量机进行标定,然后采用工业CT分别扫描和测量计算,实现了对不同材质森林球直径及球心距的测量不确定度评定。实验结果表明:材质对球直径测量的扩展不确定度影响不显著;球心距测量的扩展不确定度随尺寸的增大而增大,其中非金属陶瓷球和红宝石球标准器的扩展不确定度均值相当,平均值约为0.0035 mm,而钢球标准器则较之增大了3.4倍,达到0.0122 mm;球心距测量存在明显的系统误差,标准器材质的影响不显著。基于不同材质森林球的球心距测量对工业CT测量不确定度标准器的选用及校准具有重要的指导意义。

钛合金空心风扇叶片成形三维有限元分析(英文)

随着高旁路涡扇发动机在军用、民用飞机上的应用,采用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术制造大尺寸钛合金宽弦风扇叶片已经成为涡扇发动机的一项关键制造技术。钛合金空心风扇叶片的成形过程包括3个阶段:扭转成形、热成形、超塑成形。在本研究中,为了分析空心风扇叶片的成形过程,建立了一个三维有限元模型,钛合金的变形行为符合Backofen方程。通过三维有限元模型,分析扭转速率、热成形模具下落速度、超塑成形目标应变速率、板材与模具之间的摩擦系数、芯板和面板的厚度比等参数对成形力的影响规律。研究表明,随着扭转速度、热成形模具的下落速度、目标应变速率、板材厚度比的提高,成形力将提高,而摩擦系数对成形力的影响很小。

航空发动机风扇/压气机叶片制造关键技术

随着航空发动机涵道比、推重比及服役寿命的不断提高，叶片结构更趋复杂（如薄壁、宽弦、弯掠），且尺寸更大、材料更难~ja-r、精度要求更高。新结构、新材料的采用对叶片制造技术提出了更为苛刻的要求。

镍基高温合金的切削加工

航空发动机零件结构复杂,而高温合金等难加工材料加工难度更大。对工件来说,复杂型面数控程序优化难,高温合金材料容易造成加工变形和让刀,使加工精度不符合要求;对刀具来说,加工镍基高温合金零件,容易造成刀具快速磨损,刀具消耗大。

新一代商用航空发动机叶片的先进加工技术

以新材料、新工艺为特色的高性能航空发动机叶片精密高效加工技术,能够极大推进新型大涵道比商用航空发动机的效率提升、寿命延长和可靠性增强。从新型叶片材料的属性、加工方法及加工误差的形成原理等几个方面突破高性能航空发动机叶片精密高效加工的技术难点,是当前航空发动机叶片先进制造技术的重要发展趋势。

航空发动机整体叶环结构的研究进展

目前，整体叶环制造工艺的不成熟，碳化硅纤维高昂的制造成本及叶片损伤后不易修复等因素是阻碍整体叶环结构发展的主要因素，但随着材料技术的不断发展，科技的不断进步，整体叶环等新颖的轻质结构必将在未来航空发动机中有广泛的应用。

航空发动机浮壁式燃烧室制造技术

燃烧室（火焰筒）是发动机的重要热端部件。在工作中，由于经受急热、急冷的热应力和燃气冲击力，火焰简易发生裂纹等故障。随着航空发动机向更新一代发展。采用原有的火焰筒结构，燃烧室进口温度、压力和出口温升将出现大幅度提高，使火焰简壁温问题越发突出。

铸型搅动细晶铸造对K492M合金向心叶轮组织与拉伸性能的影响

采用普通铸造（CC）和铸型搅动细晶铸造（MAFGC）工艺浇注了K492M合金向心叶轮,分别制得了平均晶粒度为ASTM M6级（4.5 mm）和ASTM 1级（0.25 mm）的铸件。研究了MAFGC工艺对K492M合金向心叶轮轮盘组织与力学性能的影响。结果表明：与普通铸造相比,MAFGC工艺有效破碎了枝晶,细化了晶粒和枝晶组织,减小了碳化物的尺寸且使其分布更加均匀,使向心叶轮制件800℃以下的拉伸强度显著提高。800~1 000℃之间时,细晶铸造与普通铸造向心叶轮拉伸性能相当。