闭式整体构件组合电加工关键技术研究

针对包含众多复杂气流通道且由难切削材料制成的封闭式整体构件这一世界性制造难题,对数控电解/数控电火花组合电加工技术进行研究。以几种典型闭式整体构件试制加工为例,论述其总体工艺方案和主要关键技术,包括基于数字化技术的工装夹具、电极及其运动轨迹的设计、加工过程的计算机仿真、叶间流道加工区域划分、工序间加工余量及工艺参数的合理安排等。结合关键闭式整体构件制造技术攻关,通过工艺试验对加工方案进行验证、改进,并试制加工合格的闭式整体构件,解决能加工的问题,相对于单独采用数控电火花加工可提高加工效率40%以上,且能有效降低电极损耗,随着生产批量增大和数控电解加工工艺试验的深入开展,综合加工效率还有较大提升空间。目前已经在新型航空航天发动机、先进透平机械产品的研制中获得成功应用,促进封闭式整体构件制造技术的发展。

难加工材料闭式整体构件精密电火花加工技术研究

闭式整体构件因其结构复杂、叶间流道空间弯扭程度大,使得加工可达性极差,且材料一般为难加工的高强度合金,整体制造难度很大。针对这一制造难题,研究了闭式整体构件电火花加工的若干关键技术,如叶间流道加工区域划分、成形电极及其加工运动轨迹设计、工艺基准统一和电参数选择与优化、数控电火花加工过程仿真分析等。在此基础上针对典型闭式整体构件进行了试制加工。试验结果表明,基于所研究的关键技术能够采用数控电火花加工技术精密、可靠地实现闭式整体构件的整体制造。

闭式整体构件电解加工装置参数化设计及仿真

针对闭式整体构件内流道电解加工供液导杆与阴极进给机构的悬臂问题,提出两个设计方案,在UG平台进行参数化建模、装配,按实际加工工况,通过对两套装置的有限元分析,预测最大位移和最大应力.结果表明,将供液管与主轴座的连接部位设计成两个互相垂直的平面,以便直接连接,导流块和配流块通过止口定位再用螺纹连接,其薄弱环节的最大位移量和最大应力均小于通过两个压板主轴头、供液管连接,导流块和配流块通过四个螺钉相连的结构.最后,在分析和优化结构的基础上完成设计.将参数化建模技术和有限元力学分析技术应用于闭式整体构件电解加工装置的研发,有利于缩短研制周期.

基于COMSOL闭式整体构件流道电解加工流场的仿真

提高闭式整体构件气流通道数控电解/电火花组合加工效率的关键是提高其粗加工工序电解加工的效率,可尝试采用开槽、拷形一次完成的方案。由于气流通道深、窄、弯曲,首先必须面对的是电解加工间隙流场分布极不均匀的问题,通过改变阴极结构、回液孔分布及供液方式的设计,基于COMSOL对上述不同阴极进行电解加工间隙流场的仿真、比较,改善了间隙流场分布。分析表明,当进口压力为0.8 MPa,十字交叉槽槽宽为1.5 mm,锥头回液孔数量为12个,三排错开排放,间隙流场较均匀。

闭式整体构件涡道电解加工流场设计与分析

闭式整体构件涡道的电解加工是型孔成型与型面拷贝的串联,流场设计是阴极工装研制的重要一环。在三维参数化软件UG平台上分别建立进液面积均为出液面积2倍的正流式与反流式加工两种装置模型,基于多物理场建模与仿真软件COMSOL Multiphysics对正、反流供液的间隙流场进行仿真。在相同电解液压力条件下,从流线图、速度云图、压力云图分析不同供液方式形成的不同间隙流场的区别。分析结果表明:反向供液端面和侧面间隙的流速均高于正向供液,反向供液流场更均匀、饱满。采用反向供液设计的工装进行工艺试验,加工过程平稳,无火花、短路发生,该套工装现已投入应用。

闭式整体构件电解加工装置设计及有限元分析

有限元分析是一种求解数学、物理问题的数值计算方法,对复杂结构或多自由度系统的分析非常有效。针对闭式整体构件内流道电解加工导流装置的悬臂问题,在UG平台上设计了两套装置,并进行了有限元分析。依据仿真结果,装置B的强度和刚度均优于装置A,仿真结果为装置的选择提供了依据。将参数化建模与有限元分析结合,有效地缩短了产品的研制周期。

变截面异型螺旋型腔电解加工流场分析

针对闭式整体构件电解加工间隙流场分布不均匀的,基于电解加工间隙流场,设计了阴极过水孔工作端面,比较了不同背压条件下电解加工间隙流场,分析了间隙流场空穴、涡流现象.研究结果表明,通过改变过水孔分的疏密,孔径的大小和形状,增加背压,消除了间隙流场中低流速区域,电解液较低流速区域的速度由0.239 7m/s提升至0.508 5m/s,减少了空穴和涡流现象的发生,优化了阴极结构.

异形涡道电解加工间隙旋转流场数值模拟及分析

针对闭式整体构件变截面异形涡道电解加工时加工间隙流场不均匀、易短路及烧伤等问题,提出了两进液口水平错开0.3mm,两进液口夹角分别为135°和90°,两进液口斜相错90°等四种供液方式,给出了使加工间隙形成旋转流场的电解加工装置.基于多物理场仿真软件COMSOL对电解加工间隙旋转流场进行仿真,对不同供液方式形成的间隙旋转流场的速度、压力分布进行数值模拟分析.结果表明:两进液口斜相错90°供液方式优于其他三种供液方式.两进液口为斜相错90°时,流场腹部速度大小未发生显著改变,但低速区域的面积明显减小,中高速区域面积明显增加;流场顶部最高流速略微降低,流场顶部边缘区域流速显著上升,流场顶部中高速区域面积显著增加;流场顶部最高压力较直进液方式下降了1/4,流场顶部区域压力更为均匀;流场腹部的最高压力较直进液方式下降了1/3,流场腹部区域压力更为均匀.