钛合金整体叶盘型面电解加工技术研究及机床装备研制

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1、中图分类号：TG662论文编号：102870516-B009学科分类号：080201博士学位论文钛合金整体叶盘型面电解加工技术研究及机床装备研制研究生姓名陈学振学科、专业机械制造及其自动化研究方向特种加工指导教师朱荻教授徐正扬教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一六年十月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchonElectrochemical

2、MachiningofTitaniumAlloyBliskandMachineToolDesignAThesisinMechanicalManufactureandAutomationbyChenXuezhenAdvisedbyProf.ZhuDiProf.XuZhengyangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyOctober,2016南京航空航天大学博士学位论文摘要整体叶盘是新一代航空发动机的核心零部件。整体

3、叶盘将叶片与轮盘设计为一体，简化了发动机结构，零部件数量和重量显著减少，同时消除了榫槽与叶片的摩擦，提升了发动机的推重比。整体叶盘多采用镍基高温合金和新型钛合金等难铣削加工的材料，且结构复杂、叶片型面精度要求高，因此其制造成本高、周期较长。电解加工具有不受金属材料力学性能限制、无工具损耗、加工效率高、无再铸层、无残余应力和微裂纹等优点，已经成为航空复杂零部件的重要加工方法。本文针对新型钛合金Ti60（Ti–5.6Al–2Zr–4.8Sn–1Mo–0.35Si–0.7Nd）整体叶盘的精密电解加工技术开展研究，掌握了钛合金Ti60的电

4、化学溶解特性，研制了新型整体叶盘电解加工装备，实现了Ti60整体叶盘的精密电解加工，具体研究内容如下：1）掌握了高温钛合金Ti60的电化学溶解特性。针对钛合金Ti60进行了电化学测试，通过极化曲线和E-t曲线的检测结果，优化了电解液的主要成分，确定了主要加工参数范围；分析了钛合金Ti60的电解加工特性，对比钛合金Ti40和TC4，通过研究不同置换元素和组织的差异对电解加工的影响，掌握了钛合金Ti60的电解加工性能，获得了不同电流密度与钛合金加工表面形貌的关系。2）承担了整体叶盘型面电解加工机床的主要研制工作，重点完成了机床总体结构

5、和控制系统设计。为进一步提升整体叶盘型面的电解加工精度和提高加工的稳定性，设计了两套依托空心立柱的二维自由度运动平移台结构，用于工具阴极的相向进给；为保证进给方向的最优化，设计了可倾回转工作台；为实现两运动平移台的同轴相向进给，控制系统采用了双通道结构；采用了电解液高精密膜过滤系统和高频脉冲电源，精确控制电解液和电解电源的各项参数，提升了整体叶盘型面电解加工系统性能，最终实现了机床装备的安装、调试和试运行。3）提出了叶盘型面电解加工全过程的电流控制方法。在整体叶盘型面精密电解加工过程中，如何控制重复精度一直是难点所在。通过基于电流

6、控制的思想，全程控制电流这一重要参数，使其在多次加工中基本保持一致，从而提高型面加工的重复精度。开展了电流控制方法的理论分析，掌握了工具进给速度和电流变化的对应关系，形成了加工过程中电流调控策略，设计了以电解加工电流为调控目标的实时运动调节系统。针对钛合金Ti60整体叶盘开展了一系列对比试验研究，结果表明该电流控制方法有效地提升了型面的重复精度。4）开展了钛合金Ti60整体叶盘电解加工试验研究，并完成了整体叶盘试验件的制造。采用本文所研制的电解加工机床装备系统，精确控制电解液的温度、浓度、电解电源电压、频率、占空比和电解液进出口的

7、压力，对整体叶盘扇段件进行了试验，修正工具阴极，保证加工的稳定性和叶身的重复精度。进行了钛合金Ti60整体叶盘完整试验件的电解加工，并对加工完成的叶盘型面进行精度和粗糙度检测，试验结果表明以上研究方法和机床装备可以实现钛合金Ti60I钛合金整体叶盘型面电解加工技术研究及机床装备研制整体叶盘的精密电解加工。关键词：钛合金Ti60，整体叶盘，电解加工，溶解特性，基础试验，机床装备，电流控制II南京航空航天大学博士学位论文ABSTRACTThebliskisoneoftheimportantcomponentsofnewaero-eng

8、ine.Thebliskcombinesthebladesandthedisktogether.Thestructureoftheengineissimplified.Byreducingthenumberandweightofpart,theen