【摘 要】
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整体叶盘作为新一代航空发动机实现结构创新和技术跨越的核心部件,相较于传统叶盘,能够大幅提升航空发动机的服役性能,但工作条件对其提出较高的加工精度和表面完整性要求。目前,整体叶盘的表面成性制造技术大多处于探索研发阶段,对比各种抛磨工艺,滚磨光整加工技术具有较大的应用潜力。为实现滚磨光整加工整体叶盘,本文基于离散元法与滚磨光整加工理论,对回转辅助水平振动抛磨整体叶盘的颗粒流场进行分析,并探究颗粒流场调
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“航空发动机整体叶盘滚磨光整加工的颗粒流场精准构造理论研究(51875389)”,国家自然科学基金委员会,2019-2022; 国家自然科学基金项目“基于流场特征反馈的叶片类零件振动光整组合式封闭型腔构型理论研究(51975399)”; 国家自然科学基金项目“受限空间异形型腔的液粒耦合激振抛磨机理及多参数协同调
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整体叶盘作为新一代航空发动机实现结构创新和技术跨越的核心部件,相较于传统叶盘,能够大幅提升航空发动机的服役性能,但工作条件对其提出较高的加工精度和表面完整性要求。目前,整体叶盘的表面成性制造技术大多处于探索研发阶段,对比各种抛磨工艺,滚磨光整加工技术具有较大的应用潜力。为实现滚磨光整加工整体叶盘,本文基于离散元法与滚磨光整加工理论,对回转辅助水平振动抛磨整体叶盘的颗粒流场进行分析,并探究颗粒流场调控方案。主要研究内容及成果如下:(1)采用整体叶盘简化模型实验探究水平振动抛磨整体叶盘的可行性,为回转辅助水平振动抛磨整体叶盘工艺方案提供事实依据。结果表明:加工90min后,试件表面粗糙度Ra值由0.683μm降为0.197μm,表面划痕已完全去除。(2)基于离散元法探究回转辅助水平振动抛磨整体叶盘的颗粒运动特征、颗粒对整体叶盘的作用特征。通过对比不同区域颗粒运动轨迹、速度分布特征,得出受叶片弯扭特征的影响,整体叶盘两侧颗粒介质与流道内部颗粒介质具有不同的运动特征。抛磨过程中,叶片表面受到两侧与流道颗粒介质共同作用,但两侧颗粒介质主要作用于叶片扭角较大区域,为强作用区,流道内部颗粒介质对叶片表面作用相对较弱,导致叶片表面具有明显的磨损深度差异。(3)通过仿真分析振动参数对颗粒流场的影响,以磨损深度为评价指标,探究振动参数对加工效果的影响。结果表明:振幅主要影响颗粒介质对整体叶盘的加工效率,对加工均匀一致性影响较小,振幅由1.5mm递增至9.5mm,叶片表面磨损深度增长4~5倍;频率能够均衡颗粒介质对叶片表面的作用差异,进而改善整体叶盘的加工均匀一致性,频率由25Hz递增至55Hz,叶背磨损深度相对标准偏差(RSD)由0.700降为0.272,叶盆磨损深度RSD值由0.786降为0.320。(4)在以上研究的基础上,提出调整整体叶盘安装位置、安装边缘保护装置、安装流道导流装置三种调控方案。当整体叶盘安装于贴壁位置1时加工效果最好;安装叶边保护装置可有效调整叶边区域颗粒流场,但仅改善了叶盆型面的加工均匀性;通过安装流道导流装置可有效调控流道内颗粒流场,提高叶片表面的加工均匀一致性,抛磨后叶背、叶盆表面磨损深度RSD值分别为0.196、0.197。
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