扩压器套形电解加工基础研究及应用

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1、中图分类号：TP662论文编号：102870517-B018学科分类号：080220博士学位论文扩压器套形电解加工基础研究及应用研究生姓名谷洲之学科、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朱栋副教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一七年六月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringFundamentalResearchonElectrochemicalTrepanningofDiffuseran

2、dApplicationAThesisinMechanicalManufactureandAutomationbyGuZhouzhiAdvisedbyProfessorZhuDiandAssociateProfessorZhuDongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyJanuary,2017南京航空航天大学博士学位论文摘要航空发动机技术被誉为现代工业皇冠上的明珠，是一个国家工业基础和科技水平的集中体现。由于航空发动机零件工作环境恶劣，对加工质量与精度要求严苛，

3、其加工技术一直是机械制造领域的研究重点。近年来，随着发动机性能的不断提高，大量新结构（将叶片与轮盘融为一体的整体构件）、新材料（镍基高温合金、新型钛合金等难加工材料）不断应用于航空发动机零件，如由高温合金制成的叶片式整体扩压器，给制造技术带来了新的挑战。与其它制造技术不同，电解加工依靠电化学溶解去除工件材料，其加工过程不受金属材料本身力学性能的限制，加工工件不存在残余应力、再铸层等缺陷，且具有加工速度高、成本低等优点，已经成为扩压器等整体构件制造的主要方法之一。套形电解作为电解加工的一种特定形式，通常应用于直纹叶片精加工及扭曲叶片粗加工。本文研究主要围绕套形电解加工流场优化、杂散

4、腐蚀抑制、工具阴极设计、机床装备研发等问题开展基础研究，并将研究成果应用于新型涡轴发动机叶片式整体扩压器制造。研究内容主要包含以下几个部分：（1）开展了正流式套形电解加工流场优化研究。通过合理设计正流式套形阴极绝缘水套的收缩深度B、阴极刃圆弧半径R及阴极体外壁绝缘等，降低了流道沿程阻力，消除了加工区入口处的漩涡，提高了流场分布的均匀性，改善了叶片前、后缘处的缺液现象。针对正流式流场优化开展了仿真及试验研究，流场优化后，加工速度由2mm/min提高到3mm/min，叶片表面粗糙度Ra由2.179µm减小到1.584µm。（2）提出了侧流式套形电解加工方法。开展了正流式、侧流式流场仿

5、真及试验对比研究，仿真结果表明，侧流模式下加工区流场更加均匀，侧面间隙内流动较弱。试验结果表明，侧流式套形加工的轮毂平整、无流纹。在同样的加工速度下，侧流式套形加工的叶片表面粗糙度低于正流式套形。（3）提出了象形绝缘套抑制杂散腐蚀的方法。通过对杂散腐蚀影响因素的分析，提出了利用象形绝缘套控制侧面间隙，屏蔽杂散电流，保护已加工叶片的方法。开展了套形电解加工仿真研究，优化了象形绝缘套凸出长度L。开展了象形绝缘套加工试验研究，叶片表面质量得到较大改善，表面粗糙度Ra降低至0.907µm。（4）提出了面向叶片全轮廓的套形阴极设计方法。基于有限元方法开展了套形阴极设计研究，建立了阴极设计数

6、学模型，开发了利用理想叶片轮廓反求阴极轮廓的设计程序，提高了阴极设计精度，缩短了阴极设计周期。利用本文深入研究套形电解加工成形规律，缩短了套形阴极设计周期，提升了阴极设计精度。利用面向叶片全轮廓方法设计的套形阴极开展了试验研I扩压器套形电解加工基础研究及应用究，加工叶片的叶盆、叶背精度分别达到了-0.036~+0.027mm、-0.015~+0.057mm。（5）研制了双工位套形电解加工机床。针对叶片式整体扩压器同时具有径向及轴向叶片的结构特点，研制了具有双工位加工的机床装备，制订了机床总体布局方案，完成了数控转台、数控平移台等关键部件的设计、选型、校核。同时本文还针对机床密封、

7、电气绝缘、运动补偿、自动对刀等内容进行了研究，提升了机床可靠性，提高了机床精度。（6）利用套形电解加工技术完成了新型涡轴发动机叶片式整体扩压器制造。根据加工对象的特点设计了相应的套形阴极及工装夹具，摸索了稳定的加工参数。借助于自主研发的电解3加工机床，完成了扩压器径向叶片的试制任务，材料去除速率1019.2mm/min，叶盆、叶背加工精度0.15mm以内。关键词：扩压器，套形电解加工，流场优化，杂散腐蚀，阴极设计II南京航空航天大学博士学位论文ABSTRACTAeroengine