【摘 要】
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整体叶盘是目前高性能航空航天发动机所普遍装配的一种新型结构零部件,在各国先进军用和民用发动机中得到了广泛的应用。整体叶盘由于叶片形状扭曲复杂,叶片之间通道狭窄,且采用高温合金、钛合金等高硬度和高强度材料制造,采用传统机加工方法加工整体叶盘非常困难。电解加工(ECM)技术在高强度、高硬度和结构复杂零部件加工中具有极大优势,常用于加工高温合金和钛合金材料的整体叶盘。整体叶盘电解加工包含两道加工工序:先
【基金项目】
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安徽省自然科学基金:复杂曲面构件三维一体式电解加工机理与关键技术研究(2008085QE250);
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整体叶盘是目前高性能航空航天发动机所普遍装配的一种新型结构零部件,在各国先进军用和民用发动机中得到了广泛的应用。整体叶盘由于叶片形状扭曲复杂,叶片之间通道狭窄,且采用高温合金、钛合金等高硬度和高强度材料制造,采用传统机加工方法加工整体叶盘非常困难。电解加工(ECM)技术在高强度、高硬度和结构复杂零部件加工中具有极大优势,常用于加工高温合金和钛合金材料的整体叶盘。整体叶盘电解加工包含两道加工工序:先进行叶栅通道加工,再进行叶片型面加工。由于叶栅通道电解加工材料蚀除量多,且受到遗传误差的影响,叶栅通道电解加工是影响整体叶盘电解加工效率和加工精度的关键工序,该工序加工余量的均匀性直接影响叶片型面的最终加工精度。在电解加工中,材料电化学溶解特性和加工区各物理场的分布规律是影响工件加工质量重要因素。TC11钛合金综合性能优异,是一种适合制造整体叶盘的耐高温钛合金。本文从TC11钛合金的电化学溶解特性、狭窄叶栅通道脉冲电解加工多物理场耦合仿真及电解加工试验等方面对TC11钛合金整体叶盘狭窄叶栅通道脉冲电解加工技术进行研究,主要研究内容如下:(1)电化学溶解及电解加工机理的理论阐述。介绍溶解性能分析的电化学测试方法;阐释了电解加工工艺参数对各物理场参数的影响规律以及材料溶解特性对电解加工工艺参数选取的影响。为进行钛合金电化学溶解特性实验和电解加工钛合金整体叶盘叶栅通道试验提供理论参考。(2)建立了TC11钛合金的电化学溶解特性理论模型。采用电化学测试手段,通过与TC4和TC6钛合金对比,研究了TC11钛合金材料表面钝化膜的极化特性;采用等效电路和XPS等分析测试手段研究材料的钝化膜组成成分及其内部结构,分析材料钝化膜的溶解机制,探究TC11钛合金材料电化学溶解特性。(3)建立了基于Realizable k-ε湍流模型的狭窄叶栅通道脉冲电解加工多物理场耦合模型并进行仿真分析。针对狭窄叶栅通道流道狭长、复杂以及电解液流速落差大等问题提出基于Realizable k-ε的气泡流模型,并建立包含温度场、电场、流场和结构场的叶栅通道脉冲电解加工多物理场耦合模型,分析脉冲电解加工中不同时刻各物理场的分布情况及对工件加工质量的影响。(4)搭建TC11钛合金整体叶盘狭窄叶栅通道脉冲电解加工平台并开展试验研究。进行阴阳极工装设计研制,开展狭窄叶栅通道电解加工试验,分析并优选电解加工工艺参数,评估并比较TC4、TC6和TC11钛合金工件的加工质量,探究钛合金电解加工溶解特性和电解加工中各物理场的分布对工件加工质量的影响机理。
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