双缘板钛铝叶片前后缘精密电解加工关键技术研究

发布时间：2020-03-27 14:44

【摘要】：钛铝金属间化合物具有轻质、耐高温等优异的特性,在航空发动机领域被认为是替代镍基高温合金的理想结构材料,已在叶片等重要零部件中获得应用。然而钛铝材料室温塑性低、硬度高,同时叶片曲面形状复杂,前后缘尖锐、扭曲,精度要求严苛,因此钛铝叶片的制造难度非常大。电解加工因其不受材料力学性能限制、表面完整性好、阴极无损耗、加工效率高等优点已经成为钛铝叶片的主要制造方法之一。本文以典型双缘板钛铝叶片为研究对象,重点针对叶片前后缘精密电解加工开展研究,主要研究内容如下:(1)提出了基于液体密封的多向辅助供液式流场模型。在长叶身的双缘板叶片电解加工中由于流场不均匀经常导致加工短路的发生,流场仿真结果表明大量电解液从两侧缘板区域的间隙中被分流,严重影响电解加工稳定性。为了改善流场状态,提出了基于液体密封的多向辅助供液流场方式,在叶盆和叶背两端缘板区域设置了四个辅助进液口,通过液压密封抑制电解液分流。对所提出流场进行仿真分析,结果表明加工区流场稳定性与一致性显著提升。开展了加工试验,采用优选的脉冲加工参数加工出轮廓精度和表面质量良好的试件。(2)掌握了加工参数对叶片前后缘轮廓成形规律的影响。针对叶片前后缘结构特点,通过电场仿真探究不同阴极宽度、加工电压、进给速度、占空比等参数对前后缘电解加工平衡态形状的影响,以曲率均匀系数为评判指标,优选出圆弧型后缘和椭圆弧型前缘加工参数组合,开展了加工试验,试验样件具有较高的轮廓精度和重复精度,验证了参数优选方法的有效性。(3)开展了长叶身、双缘板叶片前后缘精密电解加工试验研究,根据双缘板钛铝叶片前后缘结构特点,优化出前后缘电解加工最优进给方向,设计了工装夹具,采用优选的前后缘电解加工参数,成功加工出钛铝叶片试件,试件前后缘型面具有较高的轮廓精度。前缘重复精度为0.033mm,后缘重复精度为0.036mm。
【图文】：

航空发动机,低压涡轮,发动机,叶片

航空发动机叶片上的应用 17 日，美国莱特兄弟成功地进行了人类历史上首次持续的，这一壮举开创了人类飞行的新纪元。此后，随着活塞式发动多的应用；20 世纪 30~40 年代，英国、德国相继发明燃气涡音速飞行的新时代；20 世纪 60~70 年代，涡轮风扇发动机问等方面都实现了历史性的飞跃[2]。由此可见，航空发动机技术领域的革命性进展。因而，航空发动机被喻为飞机的“心脏”和综合国力的重要标志。动机核心零部件之一，叶片决定了航空发动机热力循环的两温度，，因此叶片质量的好坏直接决定了发动机的性能与寿命。，始终处于高温、高压、高速状态，且受到频繁的振动和剧烈、耐高温材料的研究与发展在航空领域一直备受关注。TiAl ) 是近年来新兴的一种优质航空发动机材料，与传统的镍基高更低的密度、更高的弹性模量及高温屈服强度，其在阻燃性、显处于优势，因此吸引了各国大量研究者的目光。

航空发动机叶片,精密铸件,热端部件,结构材料

取代传统的镍基高温合金成为航空发动机叶片的主要材料。机叶片制造技术叶片的制造一直以来都是制造领域的难点，在一定程度上决定方面，为了保证发动机的工作性能和可靠性，叶片的形位精度方面，由于叶片材料难加工以及结构形状复杂，使得其加工制被视为“制造业的皇冠”，叶片则是其“皇冠上的明珠”。叶片的主要制造技术有：精密锻造技术、精密铸造技术、数控。技术造是采用优质一次性模料在高尺寸精度和表面粗糙度的胎具内模表面涂覆若干层特制涂料，并经过干燥、硬化、脱模熔烧形成炉内浇入熔融金属，冷却成形的工艺过程，是一种近净成形技围广、批量灵活、适合复杂形状铸件等优点在航空发动机叶片
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V263

【相似文献】