航空发动机叶片精密加工工艺及装备

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,如何实现叶片的精密高效加工是目前航空发动机制造领域的重大挑战。通过对影响叶片加工精度关键因素的分析,全面总结了叶片精密加工工艺及装备的研究现状,并对航空发动机叶片加工技术的发展趋势做了展望。

基于改进YOLOv5的航空发动机叶片表面缺陷检测方法研究

针对航空发动机叶片缺陷检测过程中表面噪声较大以及检测精度较低的问题,提出了一种基于改进YOLOv5的叶片表面缺陷检测方法。通过叶片表面缺陷图像采集和典型缺陷标注构建了航空发动机叶片表面缺陷数据集;采用K-means++算法代替K-means算法对标记框进行聚类,获得最适合该数据集中标记框的锚框;在主干网络中结合CBAM注意力机制模块,并且采用EIoU损失函数替换原CIoU损失函数,提高对叶片表面缺陷特征的提取能力。对比实验结果表明所提出的方法相较于YOLOv5算法在平均精度均值上提升了1.4%,相较于FasterRCNN和YOLOv3,本方法在平均精度均值上分别提升了13%和2.9%。

慧鱼智能化立体旋转停车库的创新设计

以慧鱼创意、创新组合模型为平台,根据TRIZ理论中的"Stone的功能结构",首先建立智能立体旋转停车库的总功能模型,创新设计出一种智能立体旋转停车库,车库识别利用了电子触点开关、警示灯和距离传感器等传输信息,ROBO控制器传输软件指令,进行数据比对。用电动、电气动技术驱动执行机构,伸缩机构运动特性控制矩阵完全解耦。建立了旋转车库的链式物-场模型,车库的结构设计使用了"行星轮"式转盘结构,控制软件用ROBOPro图形化编程,控制智能化立体旋转停车库完成一系列复杂动作,如寻找车库——沿轨迹行走——遇到边界停止——回避边界——识别车位——清洁车身——继续沿轨迹行走等,充分利用了创新智能。

基于PSO的TC4钛合金铣削参数优化研究

针对航空发动机叶片修复过程中,损伤叶片在进行激光熔覆后需进行铣削加工来达到叶片表面具有较好的表面粗糙度的效果,采用3D增材制造后的TC4材料开展机理性实验。为使试验所选用TC4材料表面的加工质量和加工效率得以提升,确定TC4试件表面粗糙度为研究对象,借助Design-Expert软件设计正交试验,并在数控车床JDPVM600_A13SH上开展硬质合金刀具铣削试验,探究铣削参数(主轴转速、进给速度、切削深度)对表面粗糙度的影响。采用多元回归的方法建立TC4材料表面粗糙度与铣削参数之间的关系模型,进而以TC4材料表面粗糙度和加工效率作为优化目标构建多目标优化模型,并对试验铣削参数采用粒子群算法(PSO)进行优化。结果表明,采用粒子群算法优化后的铣削参数进行加工,TC4材料表面的粗糙度有所降低,加工效率也有所提升。

航空发动机叶片加工过程动态检测实验平台研制

航空发动机叶片是前沿制造工艺中极具代表性的零件,具有材料复杂、结构复杂、制造难度大等特点。为探究叶片工件多种加工工艺参数与其加工精度之间的映射关系,设计研制了航空发动机叶片加工过程动态检测实验平台。通过多种传感检测技术方案的综合运用,重点解决了叶片加工过程的三向切削力、工艺系统振动状态、零件结构变形及形位误差等多种参数的动态测量难题,实现了叶片加工过程与工件加工状态的量化表征。实验平台体现了前沿制造技术研究与基础制造工艺教学有机结合的教学改革思路,以叶片的精密加工难题为线索,统筹了涉及难加工材料去除机理与切削动力学理论、数控切削及传感检测技术、薄壁工件的装夹定位技术、加工精度(形位公差与表面完整性等),以及有限元仿真建模工具应用等多方面知识点,让学生在专业课程学习中结合具体的实验操作和数据分析,发现问题、琢磨难点、思考解决方法,进而掌握课程重点知识,同时还能激发学生对先进制造技术的学习热情和学术研究兴趣。

九级盘装配连接螺栓预紧力评估与分析

为探明航空发动机九级盘装配中螺栓重复使用有效预紧力范围,以螺纹摩擦试验机为测试手段,搭建九级盘连接模拟装配环境,研究航空发动机螺栓重复拧紧预紧力大小及其变化规律。开展了重复15次拧紧扭拉关系试验,试验设置了充分润滑、局部润滑与无润滑对比组,分析不同润滑条件下重复拧紧对螺栓预紧力变化规律及目标载荷的影响。试验结果表明,润滑对减小接触面的摩擦因数值并提高摩擦因数的稳定性具有积极意义,进而能够提高扭矩转化为预紧力的效率和稳定性;重复拧紧会改变预紧力的转化效率及稳定性,且不同的润滑条件下所表现出的规律也不尽相同。研究结果为九级盘螺栓重复使用预紧力评估提供一定参考。

激光熔覆修复叶片的过渡区力学性能试验研究

利用激光熔覆技术在TC4钛合金叶片表面上使用TC4粉末进行增材制造,通过相关试验进行了TC4钛合金激光熔覆区和过渡区的微观组织、拉伸力学性能和冲击韧性研究。试验结果表明:基体和熔覆区达到了良好的冶金结合效果;熔覆区和过渡区之间的力学性能受温度影响非常显著,在横纵方向上略有差异;过渡区的冲击韧性值高于熔覆区,表明过渡区拥有更好的抗冲击性能;熔覆区和过渡区的力学性能达到航空钛合金使用标准,说明将激光熔覆技术应用于TC4叶片修复具有一定的可行性。

用于叶片加工的高分辨率榫头畸变测试系统

针对由航空发动机叶片工装刚度低,导致加工过程中叶片受切削力影响产生的变形问题,本文研究并集成了一款用以高分辨率变形量的位移传感器测试系统,监测加工过程中高频的切削力对高频位移信号的影响关系,实现对叶片工装的评价和设计指导。首先,介绍了航空发动机精锻叶片在多点定位夹紧工装中,加工榫头时产生的叶片变形与切削力对应关系问题。其次,通过仿真分析确定叶片榫头发生最大变形时,切削力在叶片榫头的施加位置。再次,根据切削力和变形对测试系统的采样频率、分辨率及其测试精度的要求,选择合适的位移传感器。并通过选择的位移传感器类型挑选数据采集卡,搭建起叶片变形测试系统。最后,开展叶片榫头加工实验,测试在切削力下叶片榫头的变形情况,得出了切削力与叶片榫头变形关系,验证了测试系统的可行性。并阐述测试中存在的问题并进行改进,同时对未来自主搭建叶片榫头加工测试系统提出合理化建议。

整体叶盘抛光机床的研制与应用

本文针对航空航天关键零件整体叶盘结构及工艺特点,整体叶盘是典型的复杂、薄壁、整体化结构,对表面进行抛光处理,整体叶盘表面质量和精度会显著影响其使用寿命和性能,结合五轴联动加工技术,对研制的整体叶盘抛光机床结构特性进行了介绍。并对整体叶盘进行了抛光加工,整体叶盘的表面质量要求得到了满足。