特殊结构的扩压器套料电解加工技术研究

发布时间：2020-08-01 09:21

【摘要】：扩压器作为航空发动机的关键部件,其性能的好坏直接影响航空发动机的使用寿命。电解加工以其工具无损耗、批量生产加工成本低、适合加工难加工材料等优点,已经成为扩压器制造的关键技术之一。本文以航空发动机扩压器为加工对象,开展了套料电解加工技术研究,具体内容如下:(1)针对特殊结构的扩压器,采用套料电解加工方式并设计了电解加工流场。开展了出液敞开式和转角式的流场对比仿真研究,优化出液间隙和转角间隙等参数,结果表明,出液转角式流场比敞开式更加均匀,当出液间隙为0.35 mm、转角间隙为0.3 mm时,流场均匀性最优。采用最优的流场参数设计了密封夹具,开展了套料电解加工对比试验研究,结果表明,在优化的出液转角式流场下,加工过程稳定,实现了阴极进给速度0.5 mm/min的加工。(2)开展了变电压减小扩压器叶片锥度的研究。建立了减小锥度的数学模型,进行了变电压减小叶片锥度试验。结果表明,相比20 V的恒压加工,采用15 V至19.02 V的变电压加工,叶片锥度正切值从0.071减小到0.006。(3)开展了余量误差等比例调节阴极修正的研究。建立了阴极修正数学模型,进行了阴极修正试验。结果表明,使用余量误差等比例调节阴极修正方法,叶片单面余量:左侧面0.43-0.48mm;右侧面0.38-0.43 mm;前缘0.46-0.52 mm。(4)针对航空发动机扩压器,开展了特殊结构的扩压器套料电解加工应用研究,优化了工艺参数,研制出扩压器扇段试件,经检测,叶片单面余量:左侧面0.45-0.49 mm;右侧面0.37-0.46 mm;前缘0.48-0.54 mm,重复加工精度为0.072 mm,单个叶片加工时间为13.33 min。
【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】：2018
【分类号】：V263
【图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文第一章 绪论.1 课题研究背景航空发动机作为飞机的心脏对飞机的性能起着至关重要的作用，因此其设计制造技术也了国内外科研工作者的研究热点。现代航空发动机的涡轮、压气机、风扇上大量使用整体如整体扩压器、整体叶盘、整体叶环等来替代传统装配结构[1-3]。整体构件具有如下优势：（去了榫头、榫槽以及相应的支撑结构，大大减轻了发动机风扇、涡轮转子、压气机等重量。（2）整体构件没有分体结构的多个零件的公差的叠加和装配误差，其允许的加工公差范围来的零件要大[8]。（3）避免了分离件之间的磨损与微裂纹，航空发动机的安全可靠性大大，其工作寿命也得到了有效的延长[9]。图 1.1 为传统叶盘与整体叶盘的装配结构示意图。

（c）楔形扩压器 （d）管式扩压器图 1. 2 整体式扩压器实物图3 航空发动机整体构件制造技术目前，各国的相关科研技术人员针对整体构件制造的关键技术进行了攻坚克难的研究了丰硕的成果，其中较为典型的先进制造技术包括精密铸造技术、精密锻造技术、多削技术、电子束焊接技术、电火花加工技术和电解加工技术，下文将对这几种先进制行简要的介绍。（1）精密铸造技术是在传统的铸造技术基础上与现代计算机技术、有限元仿真技术等发展而来[32-35]。如图 1.3 所示为精密铸造的铝合金叶盘。美国 Howmet 公司在 20 世纪年代针对整体叶盘轮盘晶粒粗大的问题提出了 Grainex(GX)细晶铸造与热等静压 ( HI的技术[36]。2002 年，Bhaumik 等人采用由精密铸造技术制造的 Mar-M-247 合金整体叶出其在持久试验过程中叶片后缘失效的原因[37]。北京航空材料研究院通过整体细晶工了叶片晶粒度达 ASTM3—5 级，叶盘轮毂晶粒度达到了 ASTM2—3 级的整体叶盘[38]

叶片扩压器[31]（c）楔形扩压器 （d）管式扩压器图 1. 2 整体式扩压器实物图1.3 航空发动机整体构件制造技术目前，各国的相关科研技术人员针对整体构件制造的关键技术进行了攻坚克难的研究，并取得了丰硕的成果，其中较为典型的先进制造技术包括精密铸造技术、精密锻造技术、多轴数控铣削技术、电子束焊接技术、电火花加工技术和电解加工技术，下文将对这几种先进制造技术进行简要的介绍。（1）精密铸造技术是在传统的铸造技术基础上与现代计算机技术、有限元仿真技术等相结合发展而来[32-35]。如图 1.3 所示为精密铸造的铝合金叶盘。美国 Howmet 公司在 20 世纪七八十年代针对整体叶盘轮盘晶粒粗大的问题提出了 Grainex(GX)细晶铸造与热等静压 ( HIP)相结合的技术[36]。2002 年，Bhaumik 等人采用由精密铸造技术制造的 Mar-M-247 合金整体叶盘探索出其在持久试验过程中叶片后缘失效的原因[37]。北京航空材料研究院通过整体细晶工艺铸造了叶片晶粒度达 ASTM3—5 级，叶盘轮毂晶粒度达到了 ASTM2—3 级的整体叶盘[38]。

【参考文献】

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本文编号：2777276