场域封闭的叶片进排气边电解加工仿真与试验研究

发布时间：2020-06-30 13:43

【摘要】：叶片是航空发动机的关键零部件之一,其加工质量、精度直接影响航空发动机性能。电解加工技术因其无工具损耗、加工质量高、不受材料力学性能限制等优点,被广泛应用于航空发动机叶片制造领域。进排气边是叶片的重要组成部分,对叶片的气动性能具有决定性作用,但因其结构复杂、轮廓半径小等特点,是电解加工领域的难点和重点。本文针对叶片进排气边电解加工,开展了以下研究:1.开展进排气边场域封闭的多物理场耦合仿真和试验研究。建立多物理场耦合仿真模型,根据多物理场耦合仿真结果设计进排气边部分阴极,并与未考虑多物理场阴极开展对比仿真和试验,结果表明基于多物理耦合场仿真的阴极设计法,可以减小流程方向各截面之间的偏差,叶根截面与叶尖截面在进气边偏差减小量分别为0.009mm、0.013mm,叶根截面与叶身截面在进气边偏差减小量分别为0.021mm、0.025mm。此仿真模型对提高加工精度有积极作用。2.设计不同类型阴极交叉结构,开展了不同场域封闭形式下进排气边电解加工仿真和试验研究。建立电场仿真模型,开展了交叉量为0mm、0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm电场仿真,仿真结果表明,0.1mm交叉量电场变化均匀;设计平板形交叉结构阴极,开展了交叉量为0mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm的电解加工试验研究,试验结果表明,0.2mm交叉量加工重复性较高,为0.059mm。拟合结果表明,并非交叉量越大越有利,而是适当的交叉量有利于提高电场和加工稳定性。3.提出了四路供液形式的叶片全轮廓加工方式,设计了四路供液流场结构,并与传统的两路供液流场同时开展流场仿真研究。仿真结果对比表明,四路供液流场进排气边部分速度分布均匀性较高,四路供液形式可提高进排气流场的稳定性和均匀性,更有利于提高场域封闭的进排气边电解加工稳定性。4.针对航空发动机叶片进行电解加工试验研究,根据不同交叉量试验结果,在阴极设计过程中采用0.13mm交叉量阴极结构,并考虑多物理耦合场影响因素。试验结果表明,型面加工精度在-0.080mm至-0.037mm范围内,进、排气边部分加工精度在-0.09mm至-0.008mm范围内。
【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】：TG662
【图文】：

温度分布,叶片,发动机,精密锻造

图 1. 2 T408 发动机及其叶片目前阶段，精密锻造成形、精密铸造、数控加工、电解加工、电火花加工等技术被广泛于航空发动机叶片制造领域。.2.1 精密锻造成形技术精密锻造技术是在零件经过锻造工艺成形之后，通过少量加工或者无需加工即得到复合加工要求的成形技术[6]。叶片精密锻造是在普通锻造的基础上成功发展的净成形技术，能够证保持金属流线的连续性，可提高叶片的承载力和强度，从而提高叶片的使用性能，并可其寿命，适用于薄壁类、难加工零件的制造，且具有节约材料的优点[7]。叶片精密锻造技术在世界范围内得到广泛应用和研究，其中在一些西方国家叶片生产量0%至 90%是通过热精度工艺完成，且其加工精度能够带到 0.15mm 至 0.3mm[7]。德国合金钢通过 350KN m的对击锤完成大叶片的锻造，型面误差在 0.16 至 0.5mm 范围内，表面不平 0.025 到 0.07mm 范围内[8]。意大利的 P.F. Bariani 及 S. Bruschi 等基于有限元数值模拟和实料物理模拟技术，分析金属内部的温度分布及晶粒的相变，对实际锻造工艺进行了重新设计低了锻造工序的数量[9]。英国的 Z.M.Hu 等人分别针对钛合金 Ti6Al4V 和金属间化合物 TiA

叶片锻造,样件

图 1. 3 叶片锻造样件造技术技术是在传统的铸造基础上发展而来，工艺和模具的设计是以传统计算机技术和自动控制技术的辅助下完成。利用合理的精密铸造技，适合采用生产批量化。采用精密锻造技术所生产的叶片具有较高有较高的抗疲劳能力和抗变形能力。0 年代，美国普惠公司实现单晶叶片的精密铸造，在研制过程中采用 70 年代，英国罗罗公司开发单晶合金 RR3010，将发动机材料的承的 SNECMA 公司在没有砂箱的情况下，根据不同冷却速度完成叶人针对 TiAl 材料的压气机，根据金属溶解和铸造理论开发一系列铸造工艺方法[19]。上世纪 90 年代，Allision 公司结合精密铸造技术 Lamilloy 合金涡轮叶片，具有高冷效的特点[20]。片精密铸造领域的工程应用和研究也取得了一些成果，早在 1966 年成功研制出镍基高温合金空心叶片,70 年代成功研制出基于精密铸

【参考文献】