增材制造使能的航空发动机复杂构件快速研发

为满足航空发动机控制系统复杂构件快速研制需求,研究了基于数字化模型驱动和SLM(selective laser melting,选区激光熔化)增材制造技术的快速研发迭代技术。通过建立增材制造使能的高效正向研发模式,打通"设计—仿真—制造—验证—认证"一体化迭代流程和技术路径,实现了系统级产品功能和性能最优化开发。工程应用实践表明,该技术促进了航空发动机控制系统向轻量化、集约化、高性能、高可靠性方向发展,推动复杂关键零部件/组件的创新研发与应用,不仅可以缩短研制周期,还可降低研发成本,使系统研发效能大幅提升。

虚拟装配技术在航空发动机燃油附件设计验证中的应用

在航空发动机燃油附件产品设计验证阶段,运用虚拟装配技术对设计方案可装配性、维护维修性进行仿真验证,可有效提升燃油附件产品功能性、工艺性和维护维修性,同时还可以起,缩短研发周期、降低研发成本、提高燃油附件产品质量和服务品质的作用。

海量微孔水辅助法皮秒激光加工技术的研究及应用

针对激光加工具有海量微孔的金属滤网时基板热变形严重,且所加工微孔锥度大、孔形一致性差等问题,提出了背面水辅助的激光微孔加工法。该方法利用水进入微孔的毛细现象,光在气液界面的反射、折射现象,激光辐照到水中产生的力效应、空泡效应,以及水的冷却作用,实现了提高微孔加工质量的目的。采用皮秒脉冲激光分别在无水和有水辅助情况下对不同厚度的304不锈钢板进行打孔试验,验证了背面水辅助激光加工法的可行性。试验结果表明:在相同的加工参数下,相对于无水激光直接加工法,采用背面水辅助法加工得到的微孔锥度降低了2°~6°,再铸层减少,热影响区减小,所加工滤网的变形量减小,微孔的一致性得到提高。最后采用正交试验优化的工艺参数,在60μm厚板材上实现了出口孔径为55μm的具有海量微孔的滤网的加工。

选区激光熔化成形AlSi10Mg组织与拉伸性能的各向异性研究

采用选区激光熔化(SLM)技术成形了Al Si10Mg合金,研究了该合金的显微组织及室温拉伸性能。结果表明:SLM成形Al Si10Mg合金具有细小的显微组织与较高的室温拉伸性能,且存在明显的各向异性;SLM成形过程中的高冷速显著细化了初生α-Al枝晶,熔池内部及边缘不同的凝固条件不仅使两处α-Al枝晶的尺寸不同,而且决定了α-Al枝晶的生长形态,但整体呈外延生长;结合试样不同取向上枝晶间Al-Si共晶组织的形态及演化规律,揭示了合金组织的各向异性;室温拉伸试样沿沉积方向(纵向)与扫描方向(横向)的强度相当,但延伸率相差近一倍,合金性能的各向异性主要表现在延展性上;拉伸断口SEM形貌特征体现了试样的断裂机理,结合横、纵向试样断口处的韧窝尺寸、Al-Si共晶组织形态、微裂纹形成等因素说明了断裂方式为沿晶断裂;SLM成形Al Si10Mg的组织与性能均优于传统铸件,有利于SLM技术在航空发动机控制系统典型复杂零部件的设计制造中实现工程化应用。

基于增材制造的控制系统复杂构件研发快速迭代技术

增材制造(AM)是一种兼顾精确成形和高性能成形的一体化制造技术,因其具有高柔性、快速成形、不受零件形状复杂程度的约束等优势,可使得设计迭代变得更加快速,研制周期大大缩短。