【摘 要】
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钛合金涡轮叶片是航空发动机中的核心零部件,其结构复杂、叶型弯曲、材质硬度大,因其上述特征导致传统叶片加工手段无法满足航空部件高精度、高性能要求。电解加工是采用电化学阳极溶解原理蚀除金属材料的工艺方法,具有无切削应力,不受加工材料硬度影响等优势。本文针对某小型航空发动机叶片型面电解加工阴极及工装夹具设计进行研究,并通过工艺试验验证,主要研究内容如下:(1)设计钛合金涡轮叶片阴极的初始结构,基于UG
【基金项目】
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陕西省科技厅国际合作项目《融合多尺度设计方法的航空发动机整体构件精密电解加工阴极设计与优化》(编号 2020KW-017); 陕西省教育厅服务地方专项计划项目《基于阴极型面优化的航空发动机叶片高精电解加工》(编号:20JC017);
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钛合金涡轮叶片是航空发动机中的核心零部件,其结构复杂、叶型弯曲、材质硬度大,因其上述特征导致传统叶片加工手段无法满足航空部件高精度、高性能要求。电解加工是采用电化学阳极溶解原理蚀除金属材料的工艺方法,具有无切削应力,不受加工材料硬度影响等优势。本文针对某小型航空发动机叶片型面电解加工阴极及工装夹具设计进行研究,并通过工艺试验验证,主要研究内容如下:(1)设计钛合金涡轮叶片阴极的初始结构,基于UG NX平台对航空发动机涡轮叶片进行数字化建模,通过等间隙法结合叶身型面完成其阴极型面初始设计,结合电解液的流动和阴极的功能完成阴极结构的初始设计。(2)设计钛合金涡轮叶片型面电解加工工装夹具,首先针对现有设备完成工装夹具总体设计;其次分析电解液流动方式优劣,选择电解液流动方式;将工装夹具细化为导流部件、定位夹具、腔体及密封部件完成设计并进行流道后处理。(3)分析钛合金叶片型面电解加工过程中流道的流场、电场、磁场特性,建立多物理场耦合模型,进行流场、电磁场及电场-磁场-流场耦合数值仿真,获取加工间隙电解液流速、工件表面压力、电解质电流密度、磁场强度、电位等参数分布规律,分别进行流场、电磁场及多物理场耦合数值模拟仿真对比,对比结果表明:阳极表面电流密度分布均匀性与加工间隙流场稳定性呈正相关。最终通过叶片型面电流密度分布完成阴极型面修正。(4)通过极化实验,选取电解液配方,将优化后阴极及其工装夹具加工并进行钛合金涡轮叶片型面电解加工试验,将所得型面进行粗糙度检测及三维坐标测量,测得叶盆粗糙度为Ra0.479μm,叶背型面表面粗糙度为Ra0.484μm。将测得三维点坐标与标准叶片叶身点坐标进行比对获得误差,叶盆轮廓误差为±0.15mm,叶背轮廓误差为±0.15mm,验证了本文阴极及工装夹具设计方法正确性。试验表明,本文建立的多物理场耦合模型能够较精确模拟电解加工过程,为参数优化与阴极及工装夹具设计提供理论依据,对缩短电解加工设计周期、提高加工质量有重要意义。
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