整体叶轮分步法数控电解加工工艺与关键技术

针对航空发动机整体叶轮的加工难题,在单步加工法的基础上对叶片电解加工工艺进行改进,提出了分步法叶片电解加工工艺.首先制定了叶片的分步电解加工方案,采用切片法提取叶片加工的工艺数据,并利用整体叶轮叶片电解加工的专用软件对叶片电解加工工序的加工区域进行合理划分,对加工路径进行规划,据此计算出阴极运动的控制路径与各坐标轴运动分量,实现了叶片数控加工编程,最后通过加工试验验证该工艺方法的可行性.试验证明,该工艺方法解决了整体叶轮叶片的加工难题,提高了叶片加工的精度,缩短了加工准备时间.     

整体叶轮分步法数控电解加工工艺与路径规划

针对航空发动机大直径整体叶轮加工难题,在单步加工法工艺基础上对叶片电解加工工艺进行了改进,提出了分步法叶片电解加工工艺方法。制定了叶片的分步电解加工方案,开发了整体叶轮叶片电解加工的专用软件,利用该软件对叶片电解加工工序的加工区域进行了合理划分并对加工路径进行了规划;采用切片法提取了叶片加工的工艺数据,据此计算出阴极运动的控制轨迹与各坐标轴运动分量,实现了叶片数控加工编程;最后通过加工试验验证了该工艺方法的可行性。实验证明,该工艺方法从加工原理上和技术手段上解决了大直径整体叶轮叶片加工问题,提高了叶片加工质量与加工精度。     

喷射液束电解辅助激光加工的理论模型和实验研究

针对激光打孔表面具有再铸层、微裂纹等工艺缺陷,提出了喷射液束电解辅助激光加工复合加工工艺.在对喷射液束中激光加工和喷射液束电解加工进行机理分析的基础上,建立了复合加工模型,研制了专用试验装置后对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行打孔试验,采用形貌仪和扫描电子显微镜对试验结果进行了分析.结果表明:喷射液束电解辅助激光加工的小孔形状与加工模型的结果相一致;复合加工中电解对激光打孔入口处的孔壁再铸层由0.031 mm减小至0 mm,孔底再铸层由0.019 mm减小至0.017 mm;电解作用能消除激光加工产生的微裂纹,提高激光加工的表面质量.     

三轴进给的叶片电解加工

为了消除多工序、多次定位对叶片电解加工精度的不利影响，自行研制开发了三轴进给的叶片电解加工系统及其控制系统软件．该加工系统不仅可以实现叶身全方位一次电解成型，而且可按照优化的角度进行电解加工．同时从理论上推导了叶片装夹角和阴极进给角与电解加工精度的关系，提出了二次判优准则．在Unigraph软件平台上，对某型航空发动机叶片进行实体造型，并以叶片的实体造型为研究对象，结合二次判优准则及自行开发的判优软件，对叶片装夹角和阴极进给角进行优化，优化结果符合实际加工情况．     

发动机叶片电解加工电解液流动方式优化及试验

提出新的主动控制的电解液流动方式,在该方式中,电解液从缘板两侧流入,分别流经叶盆、叶背流道.建立了流场数学模型,用有限元方法对流动方式进行分析,并与传统侧流式流动进行了对比,分析表明采用该主动控制型流动方式有助于流场的均匀稳定.为了验证该流动方式的合理性,进行了叶片电解加工对比试验.试验表明:与传统流动方式相比,采用新的主动控制流动方式,叶片的表面粗糙度从1.87提高到0.38,同时加工精度也提高了0.05mm,说明该流动方式设计合理,有利于提高叶片加工精度和表面质量.     

整体叶盘电解扫掠成形精度分析及误差补偿

为了提高叶片电解加工精度,分析了过去电解加工叶片加工误差产生的原因,由此推导出机床运动、加工编程、对刀间隙产生的叶片加工误差的计算公式;利用计算机模拟技术对整体叶盘的加工过程进行数值模拟,获取叶片因电解加工过切产生的加工误差分布,其误差随着叶片的扭转角度增加而增大;在此基础上对叶片的加工工艺进行改进,提出了分步法叶片电解加工工艺,在加工中针对叶背加工误差来源采取了不同的补偿措施.试验结果表明,采用分步法加工及补偿措施对叶背加工精度进行补偿,叶背加工误差被控制在0.1mm内,叶根采取单独加工,消除了叶根过切.分步法加工工艺与误差补偿措施的运用可显著提高叶片的加工精度,满足叶片电解加工工序的精度要求.     

基于叶片型面扭角分析的整体叶轮展成电解加工运动设计

为提高展成电解加工整体叶轮叶片型面的加工精度和阴极运动设计的效率,以直纹面叶轮为例,研究了叶片扭角对展成电解加工的影响,提出对叶片型值点拟合曲线做法向偏置,以偏置曲线生成的特征点为依据进行展成运动轨迹设计,并根据工艺试验确定工具阴极运动参数的展成运动设计方法,从而消除叶片扭角对加工精度的不利影响。实例验证表明,采用该方法可以快速有效的进行整体叶轮叶片型面展成电解加工阴极运动设计,并可提高加工精度。     

基于变密度法的电解加工机床结构优化设计

为了提高复杂型面/型腔零件电解加工的精度和质量,开展了可实现直线和旋转复合进给运动的卧式电解加工机床的优化设计工作。使用UG软件对卧式机床进行三维建模,并将简化后的机床模型导入ANSYS Workbench软件中进行静力学分析,依据变形分布云图和应力分布云图分析机床结构刚度;对运动台结构进行模态分析,确定前6阶固有频率和振型,并采用变密度拓扑优化方法进行优化设计;最后,在考虑结构工艺性的基础上进行了结构再设计,实现了机床的轻量化设计目标。所研制出的电解加工机床具有足够的刚度和稳定性,可以满足实际加工的要求。研究结果对电解加工机床的设计应用具有一定的参考价值。     

线电极电火花脉冲电解二次加工工艺的试验研究

本文从实验的角度出发,提出了一种新型的加工方法,电火花脉冲电解二次加工工艺。这种工艺方法可在现有电火花线切割机床上,通过附加电极丝定位导向器、恒张力机构及水基工作液得以实现。用该工艺方法可得到较低的加工表面粗糙度值和较高的加工精度。     

数控展成电解阴极空间运动及其对成形规律影响的分析研究

对于扭曲叶片型面整体叶轮通道的加工,数控展成电解加工显示了明显的优势。从阐述电解加工整体叶轮运动出发,对电解加工过程中阴极速度进行了分析,得到了影响电解加工间隙的速度分量;同时通过对展成电解加工特点的分析,对展成电解加工的成形规律进行了研究,推导出加工间隙的计算公式,与试验结果基本吻合。且以此为指导,对消除期望加工型面与实际加工型面之间的加工误差提出修正方案,并在试验中得到验证。     

考虑流场特性的发动机叶片电解加工阴极设计及数值仿真

为了提高阴极设计的精度,本文在考虑流场特性的基础上,分析了气泡率、温度、压力以及流速等因素对电解加工的影响,建立了电解加工间隙的数学模型,完成了叶片叶盆电解加工的阴极设计,同时对加工间隙中电场强度的分布进行了仿真,并和根据单纯考虑电场作用的模型所设计的阴极进行了对比．结果表明,同时考虑流场和电场两因素时,间隙内的电场强度比单纯考虑电场因素时的电场强度大9％,其分布和叶片型面变化接近,说明考虑流场特性的阴极设计模型更能够真实的反映加工工件型面的变化,更加符合电解加工实际物理过程的本质,从而提高了阴极设计的精度,减少了阴极修正的次数．     

基于PMAC卡的电解加工机床旋转位置回零研究

为适应整体叶盘通道的加工要求,以复合进给电解加工机床为研究对象,介绍了机床加工位置旋转回零原理,设计了旋转回零方案,基于PMAC运动控制卡,建立了全闭环控制系统,驱动器采用转矩模式,通过调用TurboPMAC2的回零功能模块编写了运动程序,并利用LABVIEW语言开发环境设计了旋转位置回零控制程序,最后进行了测试试验。结果表明,系统响应迅速、运行可靠,电解加工机床C轴实现了在不同角度下的精确旋转回零运动,为开展高精度的电解加工奠定了良好的基础。     

电火花电解复合加工脉冲电源的研制

本文论述了在电火花成型加工机床上进行电火花电解复合加工,对脉冲电源的要求及具体方案的实施。通过工艺参数的对比,取得了较满意的工艺效果,说明这种新型电源是适合电火花电解复合加工要求的。在改进的D5540电脉冲机床上,用上述电源采用复合工作液加工5CrMnMo材料,表面粗糙度Rz=4.3μm时,加工速度为10mm~3/min。     

电解加工直纹型面叶片的误差分析及处理

分析整体叶轮直纹型面叶片展成式电解加工误差产生的主要因素，提出了减小这些加工误差的措施及展成式电解加工综合性误差处理方法。通过这些处理方法的实际应用，已稳定加工出工序合格零件，且部分加工件已在航空发动机中使用。     

电解珩磨加工电流控制技术及金属去除规律

可控电解珩磨是以微机实时控制电解珩磨过程中工件表面的电解电场强度 ,从而调控各点的金属去除速度 ,获得工件要求几何形状精度的新加工方法 .该方法在降低工件表面粗糙度的同时 ,还具有纠正工件几何形状误差的能力 ,尤其适用于高精度复杂形状工件和难加工金属材料的精密加工 .采用不完全微分 PID算法实现电解电流的闭环控制 ,并且应用人工神经网络技术建立系统的施电模型 .实验结果表明 ,该方法可获得满意的加工精度 .     

微细电解加工的机理及实验

为研究微细电解加工的基本规律,根据电解加工的基本原理,建立了以电容模型为基础的数学模型.采用高频窄脉冲电源,电解加工主要是以暂态加工为主要过程,电容模型能够较准确地描述脉冲电解加工,对脉冲电解加工提供了公式依据.通过基础实验研究,得出加工间隙随着脉冲频率的提高而减小,加工电压越大加工间隙也越大,浓度低加工间隙也减小的结论以及带螺旋槽的电极排屑效果比圆形的效果更加快速.     

基于神经网络的叶片电解加工阴极修正模型及其仿真

工具阴极的精确设计与修正是电解加工研究难点之一。采用人工神经网络技术,建立了基于改进BP神经网络的数字化阴极修正模型。通过模型对阴极型面进行了数字化修正,改变传统人工修正的方法,提高阴极修正效率。以多次阴极修正数据为基础,对型面修正量进行预测。结果表明：网络模型预测的阴极修正量与试验修正量比较接近,最大绝对误差在0.015mm左右,证明网络模型具有较好的预测效果。该网络模型能广泛应用于航空发动机叶片等复杂型面阴极的数字化修正,减少修正次数,缩短阴极修正周期,提高叶片电解加工精度。     

基于间隙实际电场分布的叶片电解加工阴极设计

根据电解加工的基本原理,探讨了基于间隙内简化电场和基于间隙内实际电场分布数学模型的叶片电解加工阴极设计方法,对比分析了这两种阴极设计方法对间隙内电场强度分布的影响,通过一组工艺试验验证了阴极设计的精度.结果表明,基于间隙内实际电场分布的有限元阴极设计方法更符合电解加工的实际物理过程,阴极设计更加精确合理.     

磁场对磁力电解研磨加工的影响

以磁场对电解离子运动作用原理为基础，通过磁力电解加工模拟实验，考察并分析了磁场对电解过程的作用和影响，提出了磁力电解加工及磁力电解研磨加工的最优化方案。实验证明，磁力电解复复合研磨是实现高效率，高精度一种很有应用前景的新型加工方法。     

可控电解珩磨加工机理及其电解液的加工特性

可控电解珩磨是以微计算机实时控制电解珩磨过程中工件表面的电解 电场强度，从而调控各点金属去除速度，获得工件要求几何形状精度的新加 工方法．该方法尤其适用于高精度复杂形状工件、难加工金属材料工件的精 密加工．通过对该方法加工机理的研究，建立和完善了该方法的基本理论，并 提出了一些新概念和对该加工方法体系电解液的基本要求．通过实验，选择 出５种各具特色的电解液，对其准稳态加工条件下的加工特性进行了比较深 入的研究，发现并验证了该加工方法的速度特性．