回转体表面凸台旋印电解加工成形仿真与试验研究

发布时间：2017-04-13 07:12

  本文关键词：回转体表面凸台旋印电解加工成形仿真与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以航空发动机机匣零件为代表的回转体表面凸台零件,因其结构复杂且多采用难加工材料,其加工成形一直是航空制造领域的难题。传统的数控切削存在加工变形、加工效率低、刀具费用高等诸多问题。电解加工方法因为不受材料强度和硬度的限制,工件表面无残余应力,很好的克服了数控切削加工存在的缺陷,成为机匣加工的一种有效方法。针对回转体表面凸台结构本文采用旋印电解加工方法,研究其成形轮廓。杂散腐蚀是影响旋印电解加工精度的重要因素,研究旋印电解加工原理和过程,凸台表面杂散电流是导致凸台表面杂散腐蚀的根本原因。凸台表面杂散腐蚀会导致凸台表面轮廓成形轮廓有误差,凸台表面轮廓误差越大,杂散腐蚀越严重。对旋印电解加工过程进行电场仿真,基于ANSYS APDL参数化设计语言仿真分析高温合金回转体表面凸台成型轮廓,通过凸台表面轮廓误差来分析凸台表面的杂散腐蚀程度。仿真不同高度凸台和不同电压、进给速度、阴极半径对凸台表面轮廓误差的影响。仿真结果表明:随着凸台高度的增加,凸台表面轮廓误差越来越大;加工电压越大,凸台表面轮廓也误差越来越大;随着进给速度的提高,加工间隙会变小,凸台轮廓误差也会变小;阴极半径的变化对凸台表面轮廓各处误差影响不同,随着阴极半径的增大,凸台表面轮廓中心部分误差在减小,而两侧边缘部分轮廓误差在增大。同时也仿真了在阴极进给量一定的情况下,不同电压、进给速度和阴极半径对凸台成形高度的影响。仿真结果表明:电压越高,凸台成形高度越高;进给速度越快,凸台成形高度在降低;随着阴极半径的增大,凸台的成形高度在增大。为了改善旋印电解加工中的杂散腐蚀,提出在阴极窗口中添加正电压差辅助阳极来改变非加工区电场分布,降低凸台表面电流密度从而降低凸台表面杂散腐蚀。对辅助阳极的局部尺寸进行了优化设计使辅助阳极能更好的发挥作用。仿真分析不同正电位辅助阳极对凸台表面电流密度的影响,仿真结果表明:当辅助阳极与凸台等电位时,凸台表面电流密度大大减小,当辅助阳极电压高于凸台电压时,凸台表面电流方向改变,凸台表面不发生电化学阳极腐蚀。改进现有旋印电解圆柱形工件加工用夹具,使其能满足高凸台的加工要求,对正电压差辅助阳极进行旋印电解加工试验,试验结果表明:当辅助阳极与凸台等电位时,加工凸台的高度较低时,有很好的改善杂散腐蚀的效果,但是加工较高的凸台时效果就不明显了。此时辅助阳极电压需要高于凸台并进行试验,试验结果表明:当辅助阳极电压高于凸台时,加工较高的凸台杂散腐蚀的改善效果很好。同时也设计了圆锥形工件加工用夹具,并对圆锥形工件进行了探索性试验研究,验证了圆锥形工件表面凸台加工的可行性。
【关键词】：旋印电解加工 成形仿真 杂散腐蚀 辅助阳极 夹具设计 工艺试验
【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】：2016
【分类号】：TG662
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 课题背景15
• 1.2 航空发动机机匣的特点和加工制造现状15-18
• 1.2.1 数控切削技术16-17
• 1.2.2 电解加工技术17-18
• 1.3 旋印电解加工技术18-19
• 1.4 课题的研究意义和主要内容19-22
• 1.4.1 研究目的及意义19-20
• 1.4.2 研究的主要内容20-22
• 第二章 旋印电解加工原理与过程22-26
• 2.1 旋印电解加工原理22
• 2.2 旋印电解加工过程22-23
• 2.3 传统电解加工中的杂散腐蚀23-24
• 2.4 旋印电解加工中杂散腐蚀的由来24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 旋印电解加工成形仿真26-41
• 3.1 旋印电解加工凸台成形仿真原理26-28
• 3.1.1 旋印电解加工电场模型的建立26-27
• 3.1.2 阳极溶解数学模型的建立27-28
• 3.1.3 加工过程的模拟28
• 3.2 对高温合金材料不同高度凸台轮廓的仿真结果和分析28-32
• 3.3 不同参数对凸台表面轮廓误差的影响32-40
• 3.3.1 加工电压对凸台表面轮廓误差的影响32-34
• 3.3.2 进给速度对凸台表面轮廓误差的影响34-35
• 3.3.3 阴极半径对凸台表面轮廓误差的影响35-37
• 3.3.4 电压、进给速度、阴极大小对凸台成形轮廓和凸台高度的影响37-40
• 3.3.4.1 加工电压对凸台成形轮廓和高度的影响37-38
• 3.3.4.2 进给速度对凸台成形轮廓和高度的影响38-39
• 3.3.4.3 阴极半径对凸台成形轮廓和高度的影响39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 辅助阳极旋印电解加工方法41-53
• 4.1 辅助阳极在旋印电解加工中的提出41-43
• 4.2 旋印电解加工正电位差辅助阳极的设计43-46
• 4.3 辅助阳极尺寸的仿真优化46-48
• 4.3.1 辅助阳极半径尺寸的优化46-47
• 4.3.2 辅助阳极圆角半径尺寸的仿真优化47-48
• 4.4 辅助阳极不同正电压对凸台表面电流密度的影响48-49
• 4.5 等电位辅助阳极旋印电解加工试验49-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第五章 旋印电解加工试验研究53-69
• 5.1 旋印电解加工系统53-63
• 5.1.1 机床主体结构53-54
• 5.1.2 电解液循环过滤系统54-55
• 5.1.3 控制系统和电源系统55-56
• 5.1.4 旋印电解夹具设计56-63
• 5.1.4.1 圆柱形工件夹具设计56-61
• 5.1.4.2 圆锥形工件夹具设计61-63
• 5.2 正电位差辅助阳极旋印电解加工试验63-65
• 5.3 圆锥形工件旋印电解加工探索性试验65-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 论文工作总结69-70
• 6.2 未来研究展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文75

【参考文献】

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1 朱浩;旋印电解加工仿真与试验研究[D];南京航空航天大学;2012年

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本文编号：303073