砂布页轮柔性抛光表面微观形貌建模与预测

柔性抛光技术广泛应用于航空发动机整体叶盘叶片的精密加工。系统深入研究柔性抛光过程,了解抛光加工表面微观形貌生成的内涵,成为柔性抛光加工技术的重要研究内容之一。以砂布页轮为柔性磨具,通过空间几何坐标变换建立了砂布页轮表面磨粒的空间运动学模型及磨粒-工件几何学干涉模型,并研究了砂布页轮柔性变形对工件表面磨粒运动轨迹的影响。基于磨具表面形貌模型,利用MATLAB软件进行砂布页轮柔性抛光表面微观形貌生成过程仿真,并得到不同工艺参数下工件表面三维形貌及其影响规律,抛光实验结果验证了该仿真算法的正确性和有效性。

基于公差约束的叶片表面振纹修复技术

以某大型风扇钛合金整体叶盘叶片为载体,对其叶片在铣削加工时由刀具磨损、崩刃、振动带来的振纹问题开展基于公差约束的叶片表面振纹修复方法研究,在此基础上通过提取振纹边界,编制基于振纹位置的四重截面线检测程序、基于公差约束的在机测量截面线双向偏置、基于偏置曲线的振纹加工表面重构、振纹位置切削程序重新计算和补偿加工的方式,提出大型风扇钛合金整体叶盘叶片振纹的铣削加工修复解决方案,并进行加工验证。结果表明:在零件实际加工中,该技术在修复由崩刃导致的叶片加工振纹、避免由于加工振纹等导致叶盘报废的问题、保证零件的加工精度以及改善加工质量等方面有明显效果。

航空发动机整体叶盘叶片前倾抛光工序规划

通过增加前倾角的前倾抛光工艺可降低表面粗糙度。探究前倾角对抛光表面质量的影响规律对提高整体叶盘叶片的抛光效率具有重要意义。通过砂布页轮前倾抛光实验,获得P400~P1200粒度砂布页轮抛光TC4整体叶盘叶片时,用在不同抛光次数、前倾角度下的表面粗糙度。实验结果表明,抛光表面粗糙度随着前倾角的增加呈下降趋势。分析了前倾角变化对抛光表面质量的影响机制,并从多个角度进行探讨。通过量化抛光效率,研究了各粒度砂布页轮抛光效率随前倾角的变化规律,并得到了最佳前倾角度;此基础上进行抛光效率最优的抛光工序规划,并通过抛光实验进行验证。实验结果表明,优化后的抛光工序规划能在较少工序内获得合格的表面粗糙度,验证了抛光工序规划结果的可靠性。该研究为TC4整体叶盘叶片砂布页轮抛光工艺的优化提供了理论依据和实践指导。

航空发动机用关键钛合金部件先进设计及制造技术

钛合金具有优异的各项性能,在航空发动机的关键部件中得到了重要应用。通过介绍世界知名飞机发动机制造公司的钛合金宽弦风扇叶片设计及制造技术、钛合金整体叶盘和叶环设计及制造技术以及钛合金机匣精密成型设计及制造技术的发展现状,指出钛合金宽弦风扇及整体叶盘、整体叶环制备技术和钛合金机匣精密成型技术是我国新型高性能航空发动机开发所必需掌握的关键技术,应当尽早突破。

整体叶盘叶片铣削加工表面质量控制仿真研究

以整体叶盘叶片为研究对象,建立了叶片铣削加工三维有限元仿真模型,运用动态仿真分析方法,结合数控仿真加工无干涉刀具轨迹,分析研究了叶片表面残余应力分布情况及铣削参数对叶片加工表面质量的影响规律。分析结果表明:叶片表面应力分布均匀,只在两缘区域出现应力集中现象;叶片两缘区域表面残留高度值大于中轴区域;相同切削条件下,提高主轴转速和减小每齿进给量均有利于改善叶片加工表面粗糙度。该结果对后续优化叶片加工参数的研究及叶片加工表面质量的提高具有重要指导意义。

GH710整体叶盘叶片型面磨削加工技术研究

GH710材料强度高、耐热性好,但切削加工性极差,导致GH710整体叶盘叶片型面的轮廓精度极难保证。根据GH710整体叶盘的加工特点,研制了专用CBN电镀砂轮,在磨削参数和工艺方法优选的基础上,实现了GH710整体叶盘叶片型面的精密磨削加工,并完成磨削应用验证试验。结果表明,利用电镀CBN砂轮磨削加工技术和对称插磨工艺可以实现GH710整体叶盘叶片型面的精密磨削加工,叶片型面的整体轮廓误差小于0.04mm,且砂轮使用寿命和磨削效率能够满足生产需要。

2级叶片-轮盘系统模态特性研究

利用ANSYS有限元软件进行仿真,研究了典型发动机2级压气机叶片-轮盘系统的耦合振动特性;采用1种2级叶盘系统的有限元建模方法,分析了该系统的模态特性并与单级叶盘系统的进行比较;应用应变能理论定量评价了2级叶盘系统振动特性。

航空发动机叶片脉动分步精密电解加工方法研究

电解加工在欧美航空发动机叶片或整体叶盘等核心部件的高效、精密制造中起到了重要作用。传统叶片电解加工模式中,叶盆工具电极和叶背工具电极相向运动,同时加工出叶型和进排气边轮廓,此时叶型精度易保证而进排气边精度低。提出了叶片脉动分步精密电解加工方法,旨在进一步提高叶身型面精度的同时提升进排气边轮廓精度。叶片电解加工分为两个不同的阶段,首先通过脉动态变参数模式进行叶身型面精密电解加工,其次利用微量脉冲电解模式进行进排气边的切向电解加工。阐述了脉动态变参数加工方法和进排气边微量脉冲切向加工方法在成型机理和工艺试验等方面的研究,并针对传统径向流场中存在被动分流的问题,提出了主动分流式径向流场。试验结果表明,提出的精密电解加工方法表现出很好的工艺效果,叶盆型面和叶背型面的轮廓度加工误差分别为–0.013~0.025 mm和–0.003~0.030 mm,进气边轮廓度加工误差为–0.034~0.041 mm,排气边轮廓度加工误差为–0.038~0.034 mm,叶盆型面和叶背型面的表面粗糙度分别为R0.333μm和R0.287μm。提出的方法为实现航空发动机叶片的高精度制造提供了新的解决途径,并可用于其他复杂型面类部件的电解加工。

整体叶盘约束状态对叶片模态影响程度的研究

研究了某型发动机整体叶盘在不同约束状态下叶片模态参数的变化情况。利用有限元软件对整体叶盘进行了振动特性分析,并基于变截面伯努利梁的模态分析揭示出叶片模态随盘体刚度变化的规律;同时,就盘体自由和中心固定两种状态对叶片完成了模态试验。试验结果与仿真分析相符,说明了该型发动机整体叶盘盘体约束状态的变化对叶片模态参数的影响甚微。同时指出,当整体叶盘盘体刚度比叶片大到一定倍数时,叶片的模态即可认为是相对独立的。

整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程

大扭曲叶型带冠整体涡轮叶盘结构复杂,五坐标数控电火花加工中成型电极与加工工件极易发生干涉,成型电极进给轨迹复杂.针对上述问题,采用逆向搜索算法搜索成型电极进给轨迹.利用通道内相邻叶盆曲面、叶背曲面设计成型电极,由逆向搜索算法平移和旋转成型电极,再进行干涉检测;若无法得到合理加工轨迹,可减小成型电极厚度,重复该过程,直至成型电极安全退出,同时得到成型电极最优厚度.控制成型电极平移及旋转步长,生成密度合理的NC加工轨迹.系统验证表明,生成的NC加工轨迹优化、密度合理,成型电极厚度优化.

整体叶盘超硬磨料砂轮数控磨削加工技术

针对航空发动机整体叶盘进排气边曲率半径小、材料加工难度大、工具磨损快、编程难度大、加工周期长和容易产生加工变形等问题,对多种整体叶盘的磨削加工技术进行了系统的研究,总结了一系列整体叶盘的CBN砂轮数控磨削加工技术,开发了专用的整体叶盘编程模块。利用鼓形砂轮插磨方法和宽行周磨方法实现了整体叶盘叶片的全型面高精度磨削,加工面轮廓精度提高到15-20μm,最小进排气边圆弧半径达到28.7μm。利用几何自适应磨削加工方法实现整体叶盘进排气边的局部磨削加工,接刀痕迹低于10μm。提出了整体叶盘的三轴圆柱坐标磨削方法和圆周阵列磨削方法,可望将叶片长度不大于60mm整体叶盘的加工时间从数十乃至数百小时缩短到3h以内。

某型发动机压气机叶-盘结构优化分析

为快速提高后续批次发动机推重比,针对压气机转子叶-盘-鼓基本结构单元,基于通用有限元软件优化设计平台和循环对称结构静应力分析方法,在不改变叶片气动外形、盘鼓连接半径等强约束条件下,通过合理预设需优化位置的形状和尺寸设计变量,建立从榫头-榫槽连接式叶盘结构到整体叶盘结构的两步优化方法,缩减了优化迭代过程中结构静应力计算用的三维有限元模型规模,提高了优化效率。运用该法对某发动机高压压气机第三级叶盘结构进行优化设计,将最大转速下叶、盘、鼓的离心和气动载荷施加到优化迭代过程中、结构静应力计算用的有限元模型上,同时设置既可线性求解又能计入接触面上真实应力状态的叶、盘、鼓间的接触,贴合承载和接触实际。采用一阶方法进行优化求解,得到满足约束条件的尺寸设计变量解。对比分析优化前后结构的应力分布,证实该法有效,在保证结构可靠性的前提下,获得了较好减重效果。

遄达XWB发动机发展与设计特点

遄达XWB发动机是RR公司遄达系列发动机的第6个也是最新的型号。该发动机在风扇支承结构、带冠高压涡轮工作叶片与中压涡轮级数上突破了RR公司的传统设计,各部件采用了21世纪初开发和验证的一些新技术。通过概述遄达XWB发动机的发展背景和研制进展,重点分析了总体结构及各部件结构设计的特点,得出该发动机在性能、经济性、排放特性、噪声特性、维修成本等方面具有良好的综合性能。

PVDF传感器在整体叶盘叶片模态试验中的应用

为了研究某型发动机整体叶盘涡轮叶片的动态特性,分别采用了聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)压电薄膜传感器、小质量加速度传感器以及非接触式的电涡流传感器进行了模态试验分析和频率检验,并通过有限元软件进行了仿真计算。试验结果与仿真计算结果表明,PVDF压电薄膜传感器具有附加质量小、灵敏度高、频响宽、易于安装、操作简便和成本低等特点。对于单个轻质薄壁构件或是零件分布较密集的复杂结构进行模态试验分析时,采用PVDF压电薄膜传感器具有明显的优越性。

轴流压气机整体叶盘叶片裂纹故障研究

某型高压压气机整体叶盘在使用过程中出现叶片裂纹故障。运用ANSYS软件对该转子叶片振动特性进行详细计算分析,并结合裂纹叶片断口宏观、微观及金相组织检查结果,找出了转子叶片裂纹产生的原因;针对故障原因,采取相应改进措施,对转子叶型及结构进行优化设计,并完成试验验证考核。结果表明,针对该叶片裂纹故障的原因分析准确,改进措施有效。

钛合金整体叶盘叶型精密振动电解加工实验研究

针对钛合金整体叶盘叶栅通道狭窄、叶片型面复杂、扭转角度大等特点,采用片状电极对叶片型面进行双面同步精密振动电解加工。分析了电解加工参数对叶片加工精度和表面质量的影响,通过正交试验确定了合理的工艺参数,实现了整体叶盘的叶片叶身型面、根部R角及叶间流道的一次电解成形,型面误差为-0.023~0.040 mm,表面粗糙度为Ra0.53μm,达到了设计要求。对电解加工叶片型面试件的组织形貌进行扫描电镜观察,未发现晶间腐蚀和选择性腐蚀造成的点蚀现象。

蚁群算法和改进粒子群算法对叶片的减振布局

由于叶片—轮盘系统存在着失谐,对叶盘系统的振动局部化有重要影响。因此,通过建立叶盘系统的集中参数模型,探讨叶片排列顺序的差异对叶片-轮盘系统振动产生的影响。把受迫振动幅值定为研究系统振动局部化程度的指标,分别利用蚁群算法和改进粒子群算法优化叶片排列顺。研究表明:采用蚁群算法和改进粒子群算法优化叶片的排序,可以明显的降低失谐叶盘系统的受迫振动幅值,大大改善振动局部化现象。合理的叶片安装顺序对叶片减振有重大的意义。

航空发动机整体叶盘叶片预变形控制研究

数控加工是航空发动机整体叶盘最主要的加工方法,数控加工工序是保证整体叶盘几何精度符合设计要求的重要环节。按照设计三维数模精铣后的叶片型面虽满足图纸尺寸公差,但后续叶片表面光整及强化工艺会对叶型特征产生不同程度的影响,导致最终叶型几何特性超出设计要求。通过对抛光、振动光饰、喷丸等表面光整及强化工艺进行分析,确定其对叶型参数的影响规律及量值,再根据预变形技术对精铣工序的加工模型和程序进行修正,使叶片在精洗后获得与后续表面光整及强化工艺变形规律相反的形状和位置,再在后续加工中消除这些预变形量,从而达到在最终交付状态获得合格整体叶盘的目标。

闭式叶盘加工过程接刀误差控制方法研究

采用五轴数控机床实现闭式叶盘的加工是一个高度复杂的过程,所获得的叶型接刀误差受到机床、工装、零件、装夹过程、切削参数以及操作人员等多种因素的综合影响。在深入分析接刀误差产生原因的基础上,设计了一种闭式叶盘叶型加工流程,并给出了基于机床测头的零件精确定位方法和数控机床零点快速标定方法,验证试验结果显示所给出的方法能够很好地控制闭式叶盘加工过程的接刀误差。

基于叶尖定时原理的整体叶盘振动测试与分析

针对某发动机整体叶盘风扇部件第1级转子叶片振动故障,应用基于叶尖定时原理的多通道非接触叶片振动测试系统对不同气动状态、不同运行转速下叶片振动参数进行测量,采用整级叶片行波分析方法分析得到了整体叶盘转子叶片的振动形式以及叶片振动随风扇气动状态和运行转速的变化规律。测试分析结果表明:该整体叶盘转子叶片在多个转速下存在非同步振动,同时静子参考系可观察到前行波,叶片振动频率、激振因素及振动节径均随转速变化,叶片振动Campbell图存在2条明显的激振线,与叶片2弯和1扭振型频率线基本一致。通过测试分析可知振动激励源为宽频激励,且与试验件静子结构激振因素无关。可通过提高叶片自身刚度、强化阻尼效果、降低弯扭耦合来改善叶片振动特性。