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整体叶盘扭曲通道电解加工电极运动轨迹切向恒速分析

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整体叶盘狭小叶栅通道电解旋转套料加工

整体叶盘狭小叶栅通道电解旋转套料加工

整体叶盘狭小叶栅通道电解旋转套料加工翟士民，张明岐，黄明涛，潘志福，刘萌，孙超(中国航空制造技术研究院，北京100024)摘要:针对整体叶盘狭小叶栅扭曲叶型结构，采用电解旋转套料的方法进行加工。

通过计算得出旋转套料的中心轴与叶型中心轴的偏移量与偏移角度，设计加工端面电极及分体等速螺旋体水套结构，并进行了小栅距通道加工试验，实现了狭小叶栅扭曲叶型的电解旋转套料加工，得到的产品能够满足后续精密电解加工技术要求。

关键词:整体叶盘;狭小叶栅;扭曲叶型；电解套料加工；等速螺旋体水套中图分类号:TG662文献标志码:A文章编号：1009-279X(2020)06-0048-04Electrochemical Rotating Nesting Machining for the NarrowCascade Channel of BliskZHAI Shimin,ZHANG Mingqi,HUANG Mingtao,PAN Zhifu,LIU Meng,SUN Chao(AVIC Manufacturing Technology Institute,Beijing100024,China) Abstract：For the structure of the the twisted blade of narrow blade cascade of the blisk,the electrochemical rotating nesting machining method is studied.Through the calculation of the offset and direction between the center axis of the rotary sleeve and the center axis of the blade,the electrode structure of the end-face and water jacket structure of split constant velocity screw were designed,and the small pitch channel processing testing was carried out.The electrochemical rotating nesting machining of the the twisted blade of narrow cascade blade was realized,and the obtained product can meet the technical requirements of subsequent precision electrochemical machining.Key words：integral blade disk；narrow cascade；twisted blade；electrochemical nesting machining；constant velocity spiral screw航空发动机整体叶盘是将叶片和轮盘制作成一个整体，代替传统叶片榫齿、轮盘榫槽加锁片的连接结构,使零件数量大大减少，整体重量也明显减轻；同时，由于整体叶盘可消除传统叶片、轮盘结构中气流在榫头与榫槽中逸流所造成的损失，使发动机工作效率增加，从而提高了整台发动机的推重比［1］。

数控电解加工整体叶盘的研究,应用和发展

数控电解加工整体叶盘的研究,应用和发展

削金 属材 料 ：（ ３）不 会产 生残 余应 力 和变形 ．这对 用于 加工 为 装备 ” 进 战术 战斗机 ＡＴ （ 先 Ｆ 即现 在 的
薄 型 叶片 的 整体 叶盘 加 工显 得 尤 为重 要 。 Ｆ ２ ”而研 制 的 Ｇ ３ ／ Ｆ Ｏ发动机 的钛 制整体 叶 ２） Ｅ ７ Ｙ ２ １ 这 项工 艺不 仅 增 强 了可加 工 能 力 ．而且 由于其 盘 ．以后还 加 工 了 Ｆ ４发 动机 的整体 叶盘 ．加 工 １ ４ 技术 的先进 性 ．还具有 数控技术 的优 点 ．加工过程 由 时 问可 比五 坐标 数控铣 削减 少 ５ ％ ～８ ％ 。整体 叶 Ｏ ５
维普资讯
的
■ 文 ／徐家文 云乃 彰 严德 荣
整 体叶 盘 、整体 叶轮 构件 对于 提高 现代 航 空发 叶 盘 电解 加工 技术 显示 了诱 人 的前 景 。本 文将 就此 动 机 性能具 有重 要作 用 ．但 其加 工 技术 至今 仍是 一 专 题 进行论 述 。
整体 叶盘 用数 控铣 削 、精 密铸 造 方法 加工 时就 更 困
难 ．甚 至不 能加 工 （ 如带冠整体 叶轮 ） 。此时特种加 工方法便显示 出它突出的优越性 ，其 中 ，电解加工与
数 控 技术 相结 合 的数 控 电解加 工技 术 作 为数控铣 削 、精 密铸造 的必 要补 充 ，可 以解决数控 铣削、精密

维普资讯
墨
是一般 拷 贝式 电解 加工 所不 具 备 的 。 因此 ．这 种工 国 际先进 水 平 。 艺技 术 非 常适合 于 加工 用数 控 铣 削 、精 密 铸造难 加 工或 不 能加 工 的零 件 ．如 加 工小 直径 、多 叶片 、小 （） １ 美国 Ｇ Ｅ公 司的五轴数控 电解加 工 。 美 国 ＧＥ公 司 在 电解 加 工 先 进航 空 发 动 机 的整

大扭曲叶片整体涡轮电解加工工艺研究

大扭曲叶片整体涡轮电解加工工艺研究

收稿日期:2005-03-28;修回日期:2005-06-02基金项目: 十五 国防科技预研项目(41318.3.2.4);中国博士后基金(2003034382)作者简介:朱永伟,1966年出生,博士,从事特种加工新技术的教学与研究工作大扭曲叶片整体涡轮电解加工工艺研究朱永伟1,2徐家文1(1 南京航空航天大学机电学院,南京 210016)(2 扬州大学机械工程学院,扬州 225001)文 摘 研究用展成电解工艺进行大扭曲度整体涡轮叶片的机械加工,对涡轮叶片型面进行数据处理,用软件方式实现电解加工的多轴联动进给;分析叶片电解过程成形规律,合理设计阴极、流场,解决大扭曲叶片加工的叶背二次腐蚀、出口短路等关键工艺问题,试验可稳定达到工序精度要求,并可批量生产。

关键词 整体涡轮,大扭曲叶片,展成电解加工,工艺研究St udy on E lectroc he m icalM achi n i ng of I ntegral Tur b i neW it h B i g Tw isted BladesZhu Yongw e i 1,2Xu Jiaw en1(1 Institute ofM echanica l and E lectronic Eng i neer i ng ,N anji ng U n i versity o fA eronautics and A stronautics ,N an ji ng 210016)(2Institute o fM echan ica l Eng ineer i ng,Y angzhou U n i versity ,Y ang zhan 225001)Abst ract E lectr oche m ica l contour evolution m ach i n i n g (ECCE M )is pro m oted to m achine i n tegral turbine w it h b i g t w isted blades .The t w isted blades d ispersed data is processed .The mu lti ax is cooperative m ove m ent nu m erical prog ra m s are designed .The shaping la w is analyzed .The cathode and the flo w i n g fie l d are designed properl y .Key process issues ,such as short circuit in ex it and the b l a de back corr osion are d iscussed .The effective m eans are g iven for so l v ing t h ese pr oble m s .M ach i n i n g test is carried out and the b lades can satisfy prec ision de m and.The i n tegra l tur b i n e w ith big t w i s ted b lades can be produced in batch .K ey w ords Integra l turbine ,B i g Tw isted blades ,E lectroche m ica l contour evo l u ti o n m ac h i n i n g ,Process study 1 引言整体结构式涡轮相对于叶片镶装式涡轮无零部件联接,零件数量大为减少,质量显著减轻,使发动机的推重比、寿命和安全性大为提高,因此在各类新型航空发动机中被大量采用。

大扭曲叶片整体涡轮电解加工工艺设计与试验

大扭曲叶片整体涡轮电解加工工艺设计与试验

大扭曲叶片整体涡轮电解加工工艺设计与试验朱永伟1,2　徐家文1　薛林强1(1.南京航空航天大学机电学院,江苏南京2100162.扬州大学机械工程学院,江苏扬州225001) 摘要:介绍大扭曲整体涡轮的结构特点、应用及加工现状,对叶片型面离散型数据进行分析处理,设计电解加工阴极、流场及夹具。

根据整体涡轮叶间通道的特点及加工要求,设计电解加工多轴联动进给方案,完成数控编程并进行大扭曲整体涡轮电解加工试验,为生产应用创造了工艺条件。

关键词:整体涡轮;电解加工;工艺设计;加工试验The Process Designing and T ests about Electrochemical MachiningIntegral Impeller with Big2Twisted B ladesZhu Y ongwei1,2,Xu Jiawen1,Xue linqiang1(1.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing210016,China;2.Yangzhou University,Yangzhou225001,China)Abstract:The structure feature,application and machining conditions about the integral impeller with big2twisted blades were introduced.It was analyzed that twisted blades surface’s dispersed data. The cathode,flowing way and clamp used in electrochemical machining were designed.Based on the machining demand,the multi2axis cooperative movement numerical programs were designed for elec2 trochemical contour evolution machining big2twisted blades.Machining test was carried out.It is very helpful for manufacturing integral impellers with big2twisted blades.key w ords:integral impeller;ECM;process designing;machining test 在新型中小航空发动机设计、制造中,广泛采用具有变截面、大扭曲度叶片的整体结构涡轮,以满足发动机高速、高推重比及高可靠性的要求。

整体叶盘通道电解加工流场的均匀性

整体叶盘通道电解加工流场的均匀性
由于电极出液孔径较大加工间隙中的流场不均匀各处流速压力差异较大电解液从出液孔中喷出时具有较大的前冲分速度在叶根处相邻出液束容易汇成一股大的射流因此加工间隙中以若干股射流为主主要在叶根部位伴随少量泡沫状的流速较小的液体主要在叶尖部位
第 39 卷 第 6 期 2011 年 6 月
华南理工大学学报（ 自然科学版） Journal of South China University of Technology （ Natural Science Edition）
电解加工是一种利用金属阳极的电化学溶解原 在航空、 航天、 汽车等领 理来去除材料的制造技术， 域得到了广泛应用
［1 ］
响． 因此文中提出了一种优化流场的侧壁群孔圆管 设计了电极群孔结构， 建立了电解加 电极设计方法， 工流场的有限元模型， 分析了流场的数值特性， 并通 过实验验证这种出液形式的可行性 ．
． 由于电解加工具有加工效率
高、 不受金属材料硬度和韧性等切削性能的限制 、 电 极无损耗、 表面质量好等诸多优点， 因而在航空发动 机整体叶盘的制造中发挥了重要的作用
［2 ］
． 流场设
1
电解液流动形式
现代航空发动机整体叶盘通道空间狭小、 形状
计是整体叶盘通道电解加工中非常重要的环节 ， 电 解液在加工间隙中的均匀流动成为电解加工能否稳 定进行的关键因素． 近年来， 研究者们对整体叶盘通 道电解加工流场进行了研究． 钱密等 该电极的出液槽为 S 型； 朱永伟等 口采用沿流向渐窄的三角缝结构 ． 电解液流场直接影响叶盘通道加工的稳定性和 加工质量， 不佳的流场设计将导致加工质量变差 ， 并 发生短路等情况． 影响流场的因素有很多， 文中重点 讨论了群孔管电极出液孔径大小对流场均匀性的影

整体叶轮数控展成电解加工分析

整体叶轮数控展成电解加工分析

文章编号:1004-132Ⅹ(2002)05-0364-03整体叶轮数控展成电解加工分析胡平旺　博士研究生胡平旺　朱永伟　徐家文 摘要:数控展成电解加工整体叶轮可以大大提高加工柔性,适合加工种类多、需求少、难加工的整体叶轮,减少整体叶轮加工的成本。

通过对数控展成电解加工整体叶轮时的成形规律进行研究,得出加工中存在的理论误差,提出的改进方案消除了部分加工误差。

关键词:数控;整体叶轮;成形规律;误差中图分类号:T G 66 文献标识码:A收稿日期:2000—05—12基金项目:国防科技预研项目(18.11.2.2)1　展成运动数控展成电解加工充分发挥数控技术和电解的优点,通过软件编程来替代复杂的阴极设计,加工过程中工具阴极无损耗、无切削力,特别适合工作在高温、高压、高转速条件下的整体叶轮的加工。

采用内喷式非旋转阴极加工整体叶轮时,考虑电解加工的特点和简化运动的因素,展成运动由工件和阴极刀具两者共同完成,由两者的相对运动轨迹形成直纹面。

机床运动分配情况见图1。

通过实验,我们确定了阴极刀具只做Z 向匀速运图1　机床运动分布示意动,工作台做转动C w 和X 、Y 方向的平动,这是考虑到电解液由阴极刀具中喷出,阴极运动简单,有助于电解液流场的稳定。

通过运动分解,简化计算的复杂性。

完成各轴运动位移的计算后,再由虚轴进行映射,实现各轴之间运动位移及运动速度的关联,从而完成叶轮形面的加工。

如图2a 所示,设计中以n ×m 个型值点来表示叶轮的形面。

在每个平面Z =Z i 中,根(a )(b)(c)图2　叶片形面拟合示意据Y 、Z 的值由最小二乘法拟合成直线,算出直线同截面Y =Y 1及Y =Y n 交点的值。

而后用这些点进行B 样条曲线拟合,得到次直纹曲面两条基线(见图2c),加工中各轴的运动量由此可以计算出来,同时可以根据加工的需要对直纹面的基线进行插值,使得阴极刀具的运动更加平稳[1]。

2　成形规律分析成形规律的研究是数控展成电解加工的关键,是加工控制的理论依据。

第2届上银优秀机械博士论文奖——银奖整体叶盘型面电解加工装备的研制及关键技术研究

ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎｄ ａ ｄ ｉ ａ ｎｏ ｇ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ
褚福磊（ 通信作者） ，男，１ ９ ５ ９年出生，博士，教授 ，博士研究生导师。
主 要 研 究方 向 为旋 转 机械 动 力 学 与 振 动 控 制 、机 械 状 态 监 测 与 故 障
制造技术 中，电解加工技术具有无工具损耗 、加工效率高 、加工成本低、不 受金属材料本身机械性 能限制 等特 殊优 点，成 为 叶盘制造 的主要方 法之 一。然而 随着 叶盘形状 不断变化 ，出现 了超 薄、大扭角 、低展弦 比等特殊形状 叶片，同时制造精度要
求也不断提升 ，这些都给 电解加工带来 了新挑 战。目前 ，国内还没有 叶盘型面精密 电解加工机床 ，也缺少叶盘精密 电解加 工
第２ 届上银优秀机械博士论文奖——银奖
整体叶盘型面 电解加工装 备 的研制及关键技 术研 究
作 者 ：朱栋
毕业学校：南京航空航天大学 指 导教 师 ：朱 荻
整体 叶盘 是发动机 的重要零部件之一 ，它将叶片和轮盘做成一体 ，可使发动机 结构简化 、重量减轻 、可靠性增强 。但是 由于其具有结构 复杂、叶型扭 曲、通常采用难加工材料等特 点，给制造带来 了巨大 困难 ，多年来一直成 为研 究重点。在众 多
性及对 比工艺试验研究 。试验表 明，采用 ｗ 型 电解液流动方式后 ，加 工过 程稳 定 ，可 以获得较好 的零件 表面质量和加工精 度。 ⑥ 基于 自 行研制 的七轴 四联 动整体叶盘叶型 电解加工系统平 台， 采用 ｗ 型 电解液流动方式 ， 针对 自 行设计 的叶盘模 型 ，
２ ０ １ ３年 ２月

整体叶盘叶栅通道径向进给电解加工电场仿真和试验研究


摘要 ： 采 用径 向进 给 电解加 工技 术加 工整 体 叶盘 ， 建立 了基 于 电场分 布 的 电解加 工数 学模 型 ，
用有 限元 分析 方法对 加 工过 程进 行模拟 和 求解 ， 探 讨 了径 向进 给 电解加工 的成形规 律 ， 并分析 了屏
蔽 式工具 电极 和非屏 蔽式 工具 电极的成 形差 异 ， 最后 开展 了相 关工 艺试验 。结果表 明， 试 验 结果和
仿真 结果较 吻合 ， 采 用 屏 蔽 式 工 具 电极 比 采 用 非 屏 蔽 式 工 具 电板 加 工 的 叶 栅 通 道 侧 面 间 隙 更 均 匀 ， 加 工后 叶盆余 量差从 ４ ． １ １ ｍｍ 减 小 到 ２ ． ５ ８ ｍｍ ， 叶 背余 量 差从 ３ ． ７ ６ ｍｍ 减 小到 ２ ． ５ ３ ｍｍ。
（Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ＆ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ， Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ １ ６， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｌ ｆ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｂ ｌ ｉ ｓ ｋ ＥＣ Ｍ ．Ａ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ

钛合金整体叶盘叶型精密振动电解加工实验研究

钛合金整体叶盘叶型精密振动电解加工实验研究雷廷玲;黄明涛;张明岐;褚玉程;程小元【摘要】针对钛合金整体叶盘叶栅通道狭窄、叶片型面复杂、扭转角度大等特点,采用片状电极对叶片型面进行双面同步精密振动电解加工.分析了电解加工参数对叶片加工精度和表面质量的影响,通过正交试验确定了合理的工艺参数,实现了整体叶盘的叶片叶身型面、根部R角及叶间流道的一次电解成形,型面误差为-0.023~0.040 mm,表面粗糙度为Ra0.53μm,达到了设计要求.对电解加工叶片型面试件的组织形貌进行扫描电镜观察,未发现晶间腐蚀和选择性腐蚀造成的点蚀现象.%Considering the narrow passage,complicated blade profile and large skew angle typical of titanium alloy blisk,a processing that conducted on double-face synchronous feeding vibration electrochemical machining was used to shape titanium alloy blade. The suitable machining parameters was determined by orthogonal test and analyzing the influence of electrochemical machining parameters on the processing quality and precision of blade. The Forming a one-time of blades profile and root are achieved. Blades were produced with profile tolerance -0.023~0.040 mm and roughness Ra0.53 μm. The intergranular corrosion and pitting was not observed through microanalysis on the blade specimens.【期刊名称】《电加工与模具》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】5页(P28-32)【关键词】振动电解加工;钛合金;整体叶盘;叶型加工【作者】雷廷玲;黄明涛;张明岐;褚玉程;程小元【作者单位】北京航空制造工程研究所,北京 100024;北京航空制造工程研究所,北京 100024;北京航空制造工程研究所,北京 100024;北京航空制造工程研究所,北京100024;北京航空制造工程研究所,北京 100024【正文语种】中文【中图分类】TG662采用整体构件已成为先进航空发动机的发展趋势，叶盘作为航空发动机的重要部件也越来越多地采用整体设计。

整体叶盘叶栅通道电解加工工具电极进给方向优化设计


Ｏｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｏ ｅ Ｆ ｅ ｒ ｃ ｉ ｎ ｉ ｄ ａ ｅ ｄ Ｅｌｃ ｒ ｃ ｍ ｉ ａ ａ ｈ ｎ ｎ ｔｍ ｚ ｔｏ ｆＣａ ｈ ｄ ｅ ｄ Ｄｉｅ ｔｏ ｎ Ｒａ ｉ ｌＦ ｅ ｅ ｔ ｏ ｈｅ ｃ ｌＭ ｃ ｉ ｉ ｇ
Ｗ ｅ ｕ ｉ Ｘｕ Ｚｈ ｎｇ ａ ｉＳｈ ｈｕ ， ｅ ｙ ｎｇ， ｎ Ｌｕ ｙ Ｌｉｏ Ｄｅ ｉ ｇ， ｕ Ｄｉ Ｓｕ ｎ ｅ， ａ ｐ ｎ Ｚｈ
一
２ １
—
《 电加工与模具》２１ 年第 ４ ０２ 期
的研 究 。德 国某 公 司采用拷 贝式 电解 加工 的方式 加
设 计 ・ 究 研
则无法 满足 电解 加 工整 平 比的要 求 ， 而 使 型 面精 从 加工 难 以达到加 工精度 要求 。本 文讨论在 已知整体 叶盘 几何 造型 的条件下 ， 电极 进给 方 向的优化 方法 。
设 计 ・ 究 研
《 电加工与模具》 ０２ ２ １ 年第 ４ 期
整 体 叶 盘 叶 栅 通 道 电解 加 工 工 具 电极 进 给 方 向优 化 设 计
韦树 辉 ， 正扬 ， 伦 业 ， 德 平 ， 徐 孙 廖 朱 获
（南京航 空航 天大 学机 电学 院 ， 江苏 南京 ２ ０ １ １ ０ ６）
果表 明 ， 用优化 后 的进 给 方向进行 加 工 ， 获得余 量更 均 匀、 采 可 两侧 型 面余量 差较 均衡 的叶栅通 道 。 关键 词 ： 整体 叶盘 ； 电解加 工 ； 叶栅通 道 ； 向进 给 ； 向优 化 径 方
中图分类号 ： Ｇ ６ Ｔ ６２ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９—２ ９ ２ １ ）４—０ ２ —０ １０ ７ Ｘ（０ ２ ｏ ０１ ５
摘要 ： 整体 叶盘 叶栅 通道 的加 工是在 叶 片型 面精加 工至 满足 设计 要 求之 前 不 可缺 少的 工 艺步
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源负极, 工件接电源正极 , 采用的工具电极为一端 开口另一端封闭的圆管状电极 , 电解液从电极开 口端流入 , 从工具电极侧壁上规律排布的出液口 流出 , 进入加工间隙 , 不断带走电解产物并及时更 新加工区的电解液。 由于整体叶盘通道扭曲程度较大 , 为了使叶 片不发生过切且余量均匀, 工具电极除了沿工件 轴线方向直线运动和工件绕自身轴线转动外, 还 需要在加工过程中绕一条垂直于工件上表面的直 线进行转动。 如图 3a 所示 , 为了使叶盘叶根处的 余量均匀 , 该直线应通过叶盘的叶根圆与电极轴 线的延长线的交点 , 电极端部在加工过程中与叶 根圆的距离保持不变 ; 若旋转中心不在叶根圆上, 工具电极在转动时 叶根处的余量 不均匀 , 如 3b 所示。
[ 7]
除材料的加工方法 , 由于其所具有的突出优点, 在航空航天、 兵器、 汽车、 模具等行业中得到了广泛 的应用[ 2] 。航空发动机整体叶盘叶栅通道扭曲、 空 间狭窄, 制造难度大, 若采用机械加工会受到刀具 成本、 生产效率及刀具易与工件干涉等诸多因素的 限制[ 3 4] , 而电解加工具有加工效率高、 无刀具损 耗、 不受工件材料限制等诸多优点[ 5 6] , 已成为其最 主要的加工方法之一。一般来说, 整体叶盘叶片的 电解加工分为两步: 首先粗加工出一个叶间通道,
0
引言
电解加工是一种利用电化学阳极溶解原理去
[ 1]
然后让成形电极运动到叶间通道中加工叶片型面。 因此, 叶盘通道的加工是叶盘叶片加工不可缺少的 步骤。国内外学者对整体叶盘叶间通道的电解加 工开展了有益的研究。康敏等 采用数控展成电 解加工加工整体叶轮, 电极在工件轴线方向的直线 进给速度相同, 但合成进给速度在加工过程中并不 相同。文献[ 8] 采用一种环形或倒置杯形的电极进 行叶盘的电解加工研究。 本文提出了一种工具电极相对于工件运动轨 迹的切向速度在加工 过程中保持恒 定的加工方 法, 采用圆管工具电极进行整体叶盘扭曲通道的 电解加工 , 使加工过程稳定, 工件加工精度高。建 立了扭曲通道电解加工的速度计算模型 , 讨论了 工具电极单向恒速和切向恒速两种运动方式对加 工稳定性和加工精度的影响, 并开展了相关工艺 试验。 1337
Analysis of Cathodes Movement Path with Constant Tangential Velocity in ECM of Blisk Twisty Tunnel Xu Qing Zhu Di Xu Zheng yang Qu N ingsong Nanjing Universit y of Aeronaut ics and Ast ronaut ics, Nanjing, 210016 Abstract: F or guar ant eeing t he st abilit y o f blisk t w ist y t unnel in ECM , a process mode w as pr es ented, w here t he t ang ent ial velocit y of cat hode relat ive to w orkpiece kept steady in t he w ho le pro cess. A m at hematics model of the m ovement of cat ho de and w orkpiece w as est ablished, and t he velocity mat ching mode o f cathode and w or kpiece w as analyzed. Keeping t he unidirectional speed of cat ho de st eady in the w hole process, t he machining g ap and curr ent f luct uat e dramat ically, w hich w ill lead t o the pro cess is unst abl y and the machining accuracy decreases in cert ain ext ent . T hat t he t angent ial ve l ocit y of cat hode relat ive t o w orkpiece m aint ains co nstant cont ribut es t he m achining gap keeps ident i cal in t he w ho le pr ocess and ECM o f blisk t w ist y t unnel is carried out smoo t hly . F or confor ming the rationalit y o f t he m ovement mode, t he ex periment al invest igat io ns w ere carried o ut . T he result s show that t he short circuit happens w it h t he same linear speed. H ow ever, the process f inished st ably wit h the const ant tangent ial v elo cit y and the m achining accuracy is bett er t han t hat w it h t he f orm er mode. Key words: blisk; elect rochemical machining ( ECM) ; pat h; const ant t angent ial velocity
中国机械工程第 22 卷第 11 期 2011 年 6 月上半月
1
单向恒速运动分析
在叶盘通道电解加工过程中 , 通常采用工具
2
扭曲通道电解加工方式
在整体叶盘通道电解加工中, 工具电极接电
电极沿毛坯轴向恒速运动的方式, 工件配合工具 电极做相应的旋转和平动 , 使工具电极相对于工 件沿轨迹线 L 运动。 上述运动方式在加工过程中 工具电极沿毛坯轴向的分速度 v 1 始终保持恒定, 但合成速度 v c ( 或称切向速度 v t ) 的大小不同 , 导 致加工间隙 b 不断变化 , 如图 1 所示。
收稿日期 : 2010 12 14 基金项目 : 国家高技术研究 发展计 划 ( 863 计划 ) 资助重 点项目 ( 2009A A044206) ; 国家自然 科学基金 资助项目 ( 51005119) ; 江 苏省自然科学基金资 助项目 ( BK 2010506 ) ; 南京 航空航 天大学 青年科技创新基金资助项目 ( N S2010141)
图4 扭曲 通道电解加工示意图 ( a) 中心在叶根圆上 图3 ( b ) 中心不在叶根圆上 工具 电极旋转轴线分析图
如图 4 所示 , 工 具电 极沿 叶盘 毛坯 轴线 l1 方向直线运动 , 并绕 一条与 叶盘轴 线平 行的 直 线 l 2 旋转 , 同时工件绕自身轴线 l 1 旋转 , 通过工 具电极和工件的复合运动, 实现扭曲通道的电解 加工。
图5 进给 速度计算示意图
时带走电解产物和气泡; 进给速度突然变大时, 由 于进给速度大于工件的蚀除速度 , 导致加工间隙 突然变小 , 由于速度提高导致加工间隙中温度上 升, 电解产物可能无法及时排除, 当这种情况加剧 时, 可能导致间隙中工件局部地区蚀除过慢或无 法蚀除, 当电极继续进给时, 可能导致加工间隙的 进一步减小而发生火花放电甚至造成直接两极接 触而短路。 若每个分段中的切向速度 v c 相同 , 则电解 加工能够较快地进入平衡状态 , 并使端面加工间 隙维持恒定, 因此在其他加工参数不变的情况下, 加工电流和电流密度波动较小 , 有利于提高电解 加工稳定性和加工精度。 4. 2 切向恒速运动对加工稳定性的影响 如前文所述 , 计算电解加工轨迹时将工具电 极的切向速度分为三个独立运 动的合成。 其中, v1 、 v 2 和 v 3 分别为第 i 个曲面段中工具电极的 直线进给速度、 工具电极和 毛坯转动的角速度, v (c i) 为工具电极相对于工件的切向速度 , i = 1, 2, , n。 工具电极单向速度相同时, 切向速度大小不 同, 为使切向速度均一化 , 在诸多大小不一的切向 速度中选择一个作为统一的切向进给速度, 该切 向速度是使得电解加工能够稳定进行的进给速度 v c 最大值 , 假定其出现在第 i 行, 即 v ( i) 为均一化 后的切向速度值。 其余分段中的速度按相应比例 进行修改 , 第一个曲面段中的修正系数为
图1
工具电极单 向恒速运动分析示意图
பைடு நூலகம்
在上述工具电极运动方式中合成速度 v c 不 断变化, 引起加工间隙时大时小, 导致叶盘通道电 解加工始终无法进入平衡状态 , 使得加工过程不 稳定。 当合成速度突然变大时 , 由于进给速度大于 工件的蚀除速度 , 有可能导致加工间隙过小而使 电解产物无法及时排除, 严重时容易造成短路。 当 合成速度突然变小时, 又可能导致工件杂散腐蚀 现象加剧 , 造成工件局部加工精度下降。 为解决上述问题, 本文采用工具电极在加工 轨迹切线方向上的速度保持恒速( 简称切向恒速) 的运动方式, 以提高电解加工稳定性和加工精度。 如图 2 所示 , 合成速度 v c ( 切向速度 v t ) 均一化以 后, 加工间隙在加工过程中保持恒定, 一方面有利 于加工产物的及时排除, 使加工区中各处电解液 压力、 流量保持一致 , 有利于流场均匀稳定, 使电 解加工能够稳定进行, 另一方面由于加工间隙一 致, 使得杂散腐蚀现象减弱, 可以提高叶盘通道表 面加工精度。
间隔且相互平行的平面 P 1 , P 2 , , P n 将该直纹 面分成 n - 1 个曲面段, 在每个小曲面段上分析工
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整体叶盘扭曲通道电解加工电极运动轨迹切向恒速分析