闭式整体叶盘类零件是航空航天发动机最重要的一类零件,其制造技术对于发动机的工作效率及可靠性起着至关重要的作用。因其具有复杂的半封闭空间结构、高度弯扭的流道、材料难以切削等特性,工具电极形态灵活多变的电火花成形加工工艺成为了其最重要的加工方法之一。然而,电火花成形加工常伴随有一定的工具电极损耗,该问题则成为了制约闭式整体叶盘加工精度与效率的重要因素。如能准确预测工具电极的损耗,则可通过合理更换工具电极,在保障工件形面精度的前提下,实现电极成本的控制和工件加工效率的提升。本文针对目前电火花加工工具电极损耗仿真系统计算效率低、仅适用于微细电极以及工具电极仅能直线进给的问题,提出了“蚀除-静电场”双模型解耦架构的仿真系统,解决了多轴联动进给条件下常规尺寸的工具电极损耗预测的难题,可进行闭式整体叶盘加工中工具电极损耗的高效、高精度预测。完成的具体工作描述如下:首先,本文完成了工具电极损耗仿真系统的总体设计。针对传统仿真系统运算效率低下的问题,本文提出了“蚀除-静电场”双模型解耦架构。“蚀除模型”采用“方形均匀网格”的计算方案,用于模拟电极的几何形态;“静电场模型”采用“有限元三角形非均匀网格”的计算方法,用于静电场的数值计算和火花放电位置的判断。相比于传统仿真系统单一网格模型结构,本文的架构与网格方案大幅度提高了系统的运算效率与能力,且从系统底层上支持多轴旋转联动的进给加工。第二,本文开发实现了工具电极损耗仿真系统的全部功能模块。并基于“蚀除-静电场”双模型解耦架构,研发出了相匹配的“双重网格模型解耦”算法。基于本文开发的仿真系统,可应用于闭式整体叶盘等常规尺寸下的复杂工具电极损耗的预测。第三,针对有限元计算中常见的“网格畸形”、“矩阵处于奇异的工作精度”等问题,本文分析了电极微观边缘形貌、网格划分状态等对有限元计算的影响,提出了“边缘拟合算法”,消除了畸形网格,优化了有限元数值计算的收敛速度,将系统运算效率再一次提升了约60%。第四,通过方形平头电极、60°尖头电极的电火花加工实验验证了本文所开发的工具电极损耗仿真系统的准确性。在此基础上,完成了航空航天发动机闭式整体叶盘的工具电极的损耗预测。与实验对比发现,闭式整体叶盘工具电极损耗的最大相对误差为8%,发生在曲率半径最小的尖端位置。