ECM在叶片加工中的应用

ECM即ElectrochemicalMachining，又可称为电化学加工和电解加工，是实现金属成型的一种特种加工工艺。文中阐述了ECM加工的特点、ECM的工艺性要求，并通过对叶片电解加工的分析，指出了叶片电解加工机床的设计经验要点。

三头进给电解加工叶片流场特性

为合理利用流场因素对叶片电解加工的影响,提高叶片电解加工的精度和表面质量,结合自行研制的新型三头进给叶片电解加工机床,建立电解加工流场的数学模型,设计新的'双向进液'的流动形式及适应该流动形式的电解加工夹具,分析气泡率、温度、压力、流速等因素对电解加工的影响。进行叶片电解加工试验,试验表明,流场设计合理,有利于保证加工的稳定性,提高叶片加工质量,并可实现叶片叶身、缘板的全方位电解加工。

叶片电解加工三头柔性进给方向优化设计

以某型发动机叶片为研究对象,设计了新的三头柔性进给的电解加工方式,对毛坯装夹角度和阴极进给方向进行优化选择,提出了叶盆、叶背采用不同进给角度进行加工的方式来提高叶片的加工精度,以实现全方位叶片电解加工。进行了叶片电解加工实验,结果表明该进给方式可兼顾叶身和缘板的精度要求,实现叶片的全方位电解加工。

发动机叶片电解加工变间隙阴极修正法

为了提高叶片电解加工的精度,提出变间隙阴极修正方法,建立该方法数学模型,分析加工间隙与阴极修正量的对应关系,通过在型面误差中代入间隙补偿量来修正阴极。提出阴极沿型线修正量的计算公式和插值逼近的试验方法。结合自行研制的新型叶片电解加工机床,进行了叶片电解加工阴极修正的试验,通过变间隙修正方法修改阴极。试验过程中阴极经过3次计算机修正,可使叶片电解加工精度提高到0.05mm,表明该阴极修正方法合理有效,数学模型与试验情况吻合。

采用非线性电解液的叶片电解加工阴极设计

工具阴极设计是航空发动机叶片电解加工工艺过程中的关键环节。本文采用有限元数值算法求解加工间隙内的电场分布,考虑非线性电解液对成型规律的影响,进行叶片的阴极设计计算。对加工间隙分布的分析表明,将非线性电解液的影响带入阴极求解中,能使所研究的问题更接近实际情况,从而能提高阴极设计的精度。

叶片电化学加工过程多场耦合仿真

针对叶片电化学加工过程难以预测、实验参数修正周期长的问题,建立与温度相关的叶片多场耦合仿真模型,基于COMSOL Multiphysics平台对叶片电化学加工过程进行多场耦合仿真,仿真分析了不同加工电压和不同进液流量对法向平衡间隙的影响。结果表明:加工电压越大,间隙也相应增大,且间隙分布越不均匀;进液流量越大,间隙分布越均匀。采用其中一组仿真参数进行工艺实验,仿真与实验的对比结果表明,叶片轮廓曲率变化缓慢处的仿真结果和实验结果比较贴合,而轮廓曲率变化较快处的仿真值与实验值差别相对较大,但两者的变化趋势相同。

采用BP神经网络的叶片电解加工精度预测

工件成型精度的预测是实际电解加工的重要研究课题,快速、准确地选取加工参数并预测出工件的形状精度可以减少试验次数,缩短试制周期,降低生产成本。本文以某型发动机叶片为研究对象,对影响电解加工精度的主要加工参数进行了分析,结合工艺试验的数据建立了BP网络模型,并采用该模型进行了不同加工参数组合下叶片型面的预测。结果表明,该模型的预测精度比较高,具有一定的工程实用性。

叶片电解加工技术的新发展

通过对国内外的技术考察以及科研实践，综述了叶片电解加工（ＥＣＭ）技术的新发展。

叶片电解加工成形过程仿真与预测研究

电解加工工件成形过程仿真与监控是电解加工领域的研究热点。以发动机叶片为研究对象,在研究电解加工成形规律的基础上,主要分析间隙内电场的分布,和电解液流场因素的影响,对叶片的电解加工成形过程和最终型面进行了较精确地分析。通过对某型发动机叶片三维复杂曲面的预测分析和工艺实验结果进行的比较和分析,证明了该预测模型具有较高的精度。

电解加工工件成形过程仿真与预测系统研究

为提高电解加工自动化程度、更好地研究工件成形过程,在全面研究电解加工成形规律的基础上,结合UG软件平台开发了电解加工计算机辅助工件成形过程仿真与预测的软件系统。介绍系统的基本结构和组成,对加工间隙内实际电场分布进行分析,进而模拟出工件型面的形成过程。通过对某发动机叶片的工艺试验,验证了系统仿真预测的结果,试验结果表明开发的系统具有较高求解精度,对提高电解加工精度、实现电解加工自动化具有重要意义。

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。

方坯叶片电解成形规律的探讨

从电解加工过渡过程公式出发,分析了方料毛坯叶片型面直接电解成形的特殊规律,讨论了方坯阴极反拷法的制造过程,提出了若干提高方坯叶片电解成形精度的措施。

复杂曲面电解加工阴极空间进给方向优化方法研究

电解加工是航空发动机叶片、整体叶盘等复杂曲面零件的核心制造技术。阴极空间进给方向与阳极型面法线方向之间的θ角大小是影响电解加工精度的重要因素。传统阴极进给方向优化中,通常以θ角方差作为目标函数,在局部区域存在曲率突变的复杂曲面优化时,局部区域θ角仍可能较大,存在一定局限性。为了使全型面θ角最小,提出了以θ角集合最大夹角值为目标函数的优化新方法。以典型复杂曲面叶片为例,采用传统与提出方法分别开展进给方向优化,优化结果表明提出方法获得了合理的θ角分布。开展了两种优化方法的加工比较试验,提出方法试验样件具有更优的型面轮廓精度,证明了优化方法的可行性。

双缘板叶片电解加工流场优化与试验研究

针对在长叶身的双缘板叶片电解加工中由于流场的不均匀经常导致加工短路的问题,开展了叶片电解加工流场优化仿真分析,结果表明大量电解液从两侧缘板区域的间隙中被分流,造成叶身型面部分流量减小,导致产物不能及时排出间隙,容易引起加工短路。为了改善加工区域流场分布不均的情况,提出了一种基于液体密封的多向辅助供液流场方式,对提出的流场方式开展流场仿真分析,仿真结果表明加工区流场稳定性与一致性显著提升。开展了所提出流场的电解加工工艺试验,加工过程电流稳定,试件具有较好的加工效果,验证了提出流场方式的有效性。

提高航空发动机叶片反拷法电解加工精度的实验研究

反拷法电解加工涉及不可逆的二次电解加工过程,加工精度很难控制,无法满足航空发动机叶片的制造需求。在分析反拷法电解加工误差产生原因的基础上,以提升加工精度为目的,提出了小加工间隙反拷法电解加工方法。以加工典型的航空发动机叶片为例,开展不同加工间隙条件下的反拷法电解加工对比实验,结果表明:加工间隙由拷贝工具0.49 mm/反拷工件0.53 mm减小至拷贝工具0.23 mm/反拷工件0.23 mm,叶片型面轮廓精度由0.14 mm提升至0.05 mm,该结果验证了提出方法的有效性。

弱刚性叶片双面电解加工流场对工件变形的影响研究

为了分析双面电解加工的流场对弱刚性叶片变形的影响,开展了双面不同加工间隙条件下的流场仿真,结果显示:当工件两侧存在加工间隙差时,流场在工件两侧会产生液压差,引起工件形变。为验证仿真结果,开展了基于应变片的加工变形实验,实测了不同加工间隙差时的工件变形情况,结果表明:随着间隙差值的增大,工件变形量不断增加,这与仿真结果一致。最后,进行了工具往复振动条件下的工件变形实测实验,进一步分析了工具往复振动对工件变形的影响。

密集大扭转角自由曲面叶栅电解加工阴极结构设计

针对密集大扭转角自由曲面叶栅电解加工,论述了单方向全覆盖整体阴极的设计方法。大扭转角叶栅电解加工阴极设计中存在电极覆盖性不好、叶栅通道狭窄和电极通过性差等问题。采用优化电极进给方向与加工型面相结合的方式,预先设计多组不同厚度电极和不同余量叶片逆向寻找最佳的参数组合方式,并在UG软件干涉模块模拟下,验证优化后电极的有效性。结果表明:电极进给方向和加工型面共同优化的方式能有效解决叶片自由曲面覆盖性不好等问题。以最小电极厚度为初始值,逆向寻找厚度和余量参数组合方式,不仅能缩短电极设计和路径规划的时间周期,而且能节省前期大量试验投入。

电化学加工在汽车涡轮叶片加工方面的应用

叶片电化学加工过程十分复杂,涉及多种物理场的耦合,包括流场、电场和热场等,所以其加工过程很难被预测。COMSOL是主流的电化学加工模拟仿真软件,通过计算机仿真的方式可预先模拟和预知叶片加工的过程,然后再做实验进行验证对比。电化学加工的高效率、无残余应力等优点,将会使其在叶片加工方面的应用更为广泛。

航空发动机复杂扭曲叶片分步电解加工研究

为实现复杂扭曲叶片在较小间隙下的稳定加工,提出了一种分步式电解加工的工艺方法,建立了复杂扭曲叶片小间隙(0.2 mm)和大间隙下(0.5 mm)扭曲流道的流道模型,采用有限元法进行了流场仿真研究,结果表明增加流道间隙可以解决流道中涡流和流场紊乱的问题。开展了复杂扭曲叶片小间隙连续式加工和分步式加工的试验研究。结果表明,采用小间隙连续式加工,当阴极进给至3.8 mm位置时,在叶片排气边靠近叶根流道扭曲处出现短路打火情况;而采用分步式加工方式能够实现加工的顺利进行。