旋转超声电解复合加工三维流场仿真

单因素试验表明在相同加工条件下旋转超声电解复合加工小孔效率优于旋转电解加工小孔,为研究阴极旋转和高频振动对旋转超声电解复合加工流场的影响,基于有限元ANSYS CFX软件建立了旋转超声电解复合加工流场仿真模型,分析了阴极旋转和阴极高频振动下加工间隙内的流场变化。分析结果表明:阴极旋转使得电解液绕流,对电解液速度、压力影响较小,而阴极高频振动使得加工区发生抽吸,加速了电解液的流动,使得加工区内电解液压力波动变化,有利于电解液的更新与电解产物的排出。     

五轴数控电解开槽加工整体涡轮盘的工艺试验研究

为解决整体涡轮盘机械加工效率低的问题,提出利用简单锥形回转体工具对某型号整体叶轮进行五轴数控电解开槽加工。首先分析了五轴数控电解加工的基本原理,建立加工模型,通过模拟加工电场分布,预测加工过程可能出现问题。再根据叶片几何形状和电解液流场优化分析结果,设计合理的数控电解加工用阴极工具,通过试验分析电压、阴极工具转速、电解液压力、温度等主要因素对加工结果的影响规律。最后基于自动数控编程软件编译合理的数控代码,采用优化的参数组合成功加工出多个整体涡轮盘叶片。满足了实际生产要求。     

整体叶盘叶栅通道电解加工流场仿真研究

电解加工是航空发动机整体叶盘制造的主要技术之一,加工间隙内电解液流动的均匀性是影响加工稳定性和表面粗糙度的核心因素。针对叶栅通道电解加工,对比分析电解液侧流式下的正向流动与反向流动加工间隙内流场状态,通过数值仿真对比分析可知,正流方式下加工间隙内电解液流速较高,流场均匀性较好,故正流方式有利于叶栅通道电解加工。开展了电解液正流电解加工试验,结果表明,采用正流方式进行叶栅通道电解加工,轮毂粗糙度可达0.316μm,叶盆、叶背余量重复误差分别为0.096 mm,0.103 mm,为下一步叶片型面精加工提供了良好的条件。     

叶片电解加工成形过程仿真与预测研究

电解加工工件成形过程仿真与监控是电解加工领域的研究热点.以发动机叶片为研究对象,在研究电解加工成形规律的基础上,主要分析间隙内电场的分布,和电解液流场因素的影响,对叶片的电解加工成形过程和最终型面进行了较精确地分析.通过对某型发动机叶片三维复杂曲面的预测分析和工艺实验结果进行的比较和分析,证明了该预测模型具有较高的精度.     

超声扰动在微孔电解加工中作用机理的研究

深入分析了超声扰动电解液在微孔电解加工中的作用机理,提出了超声空化效应是引起加工间隙内电解液流场参数分布发生变化的主要因素。借助有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立加工间隙区内声场的仿真模型,对声压的分布变化进行分析求解。通过对仿真结果的分析,验证了超声扰动作用在加工间隙区域内存在空化效应。进行了微孔电解加工实验,比较了不同频率的超声波对加工间隙区域的作用效果,结果显示:在一定范围内的低频率超声扰动更容易在加工间隙区域中形成超声空化,更有利于提高微孔电解加工的精度。     

双缘板叶片电解加工流场优化与试验研究

针对在长叶身的双缘板叶片电解加工中由于流场的不均匀经常导致加工短路的问题,开展了叶片电解加工流场优化仿真分析,结果表明大量电解液从两侧缘板区域的间隙中被分流,造成叶身型面部分流量减小,导致产物不能及时排出间隙,容易引起加工短路。为了改善加工区域流场分布不均的情况,提出了一种基于液体密封的多向辅助供液流场方式,对提出的流场方式开展流场仿真分析,仿真结果表明加工区流场稳定性与一致性显著提升。开展了所提出流场的电解加工工艺试验,加工过程电流稳定,试件具有较好的加工效果,验证了提出流场方式的有效性。     

航空叶片电加工多物理场耦合仿真及实验研究

针对涡轮转子叶片电解加工过程参数分布复杂、型面难以预测的问题,分析电解加工过程中电场、流场、温度场特性,建立多场耦合数学模型并利用Matlab ode45函数求解多物理场耦合数值解;利用COMSOL软件对叶片电解加工过程多物理场进行数值模拟,得到加工间隙内电解液流速、温度、电解质电流密度的分布规律;选择合适的工艺参数完成了Inconel 718叶片电解加工试验,用三坐标测量机得到叶片轮廓曲线的实测值,与单电场仿真的理论值与多物理场耦合后仿真的理论值进行对比。结果表明,多物理场耦合仿真的理论值更接近于试验检测的实测值,能够准确模拟实际电解加工过程,可以为实际加工过程阴极工具设计、参数优化等提供理论依据,对提高电解加工质量和效率有重要意义。     

基于叶片电解加工电场和流场特性的阴极设计及工艺试验研究

针对航空发动机叶片电解加工阴极设计这一具体工程应用，在模型叶片三维实体建模的基础上，着重研究两种阴极设计方法，即基于叶片电解加工实际电场分布的阴极设计有限元数值解法以及同时考虑极间电场和电解液流场特性的阴极设计有限元数值解法。详细地对比了两种阴极设计方法对极间电势分布、间隙分布和阴极边界条件的影响，通过一系列的工艺试验验证了同时考虑电解加工电场和流场特性的阴极设计方法较单纯考虑电场特性的阴极设计方法更全面、更符合电解加工的实际物理过程，因而所设计的阴极更加精确合理。     

数控展成电解加工的流场分析与间隙特性

分析内喷式阴极展成电解加工的流场特点，讨论阴极腔内电解液的压力分布和出口处速度的大小。在此基础上，对展成电解加工间隙特性进行了试验研究，所得结果为该项技术的实际应用提供了依据。     

酒石酸钠对叶片冷却孔电解加工的影响研究

以航空发动机涡轮叶片常用材料Inconel718高温镍基合金为基材进行气膜冷却孔电解加工试验。基于自行研制的数控电解加工机床系统,通过30组对比试验,分析了在不同浓度硝酸钠电解液中添加2%浓度的酒石酸钠添加剂后对冷却孔加工过程稳定性及加工精度的影响规律。试验结果表明:硝酸钠电解液添加2%浓度的酒石酸钠后,电解加工区域的固态电解产物和加工过程的短路次数明显减少,加工稳定性得到很大改善,同时所加工冷却孔的单边侧面间隙有所减小,酒石酸钠的加入对提高冷却孔加工过程的稳定性有明确而积极的意义,对提高其加工精度也有一定的作用。     

发动机叶片电解加工夹具结构设计与密封性能分析

探讨了叶片全方位电解加工时,夹具的总体结构设计、电解液流道布局、夹具体防腐蚀、导电和绝缘等影响叶片成型精度的若干关键问题;分析了夹具的密封性能对电解液压力、流速和加工稳定性的影响;通过叶片加工试验验证了所设计夹具的精度和可靠性。试验结果表明所设计的夹具定位准确,能加工出符合精度要求的发动机叶片;夹具的密封性能得到极大改善,在相同的进口压力下,加工腔及流道内的压力损失急剧减小,出口压力提高。     

基于电解液非线性特性的叶片电解加工阴极设计

叶片是航空发动机的关键零件,以某型航空发动机转子叶片为研究对象,针对叶片电解加工阴极设计这一工程问题,着重考察了采用非线性电解液进行加工时,电解液的非线性特性对阴极设计的影响.本文首先建立了模型叶片的三维实体造型,在此基础上探讨了电解液的非线性特性对电解加工过程和阴极设计产生影响的机理,通过半实验法与数据库技术相结合的方式有效的将这种非线性特性集成到阴极设计方法中.     

烟气轮机动叶片的参数化建模及加工仿真

运用NURBS曲线拟合算法将节点插入算法应用到动叶片截面型线造型中,采用UG软件中的NURBS样条曲线构造器功能在多个截面上准确绘制出动叶片的截面曲线造型,并利用NURBS曲面造型模块生成烟气轮机动叶片的实体模型。对零件结构特点进行工艺分析,运用UG的加工模块进行加工仿真,生成刀具轨迹并进行试验加工,为后续烟气轮机动叶片的数控加工提供依据。     

三叶片直线翼垂直轴风力机非定常流场速度分析

垂直轴风力机在回转过程中,叶片尾流的相互干涉和叶片攻角变化,使垂直轴风力机周围流场异常复杂。为探明直线翼垂直轴风力机在二维流场中速度分布及风力机叶片迎风角度变化关系,在风洞试验中采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,LDV)技术,对所设计的三叶片直线翼垂直轴风力机流场风速进行试验研究,获得了该风力机叶片周围流场的速度分布情况。在建立直线翼垂直轴风力机在不同转速下叶片迎风角度变化的数学模型基础上,应用仿真软件对被测风力机流场进行分析计算。通过数学模型得知,来流风速夹角随回转角的变化情况可用正弦函数近似表示, 并且随着叶尖速比的增大逐渐减小。风洞试验和CFD结果表明,风力机在回转过程中,叶片前缘场域有乱流生成,并且该域风速值偏大;而在叶片旋转内部以及下流区域内会形成一个宽大的低速区域,并且伴随叶尖速比的增加,低速区域具有扩大趋势。     

一种基于MATLAB与UG的逆向工程造型及数控加工方法研究

以水轮机叶片维修加工为例,引入针对曲面拟合的拟合优度综合指数G,对逆向工程扫描数据的平滑处理结果进行评价,采用需要再加工工件的模型与理想工件模型在同一参考系中进行布尔运算,产生切削加工量的方法编制数控加工工艺,从而使大型复杂工件现场再制造技术中对于未知零件表面测量数据的平滑处理、造型和数控加工工艺问题,得到较好解决。     

烟气轮机动叶片数控加工中的受力分析

以YL型烟气轮机动叶片零件为例,研究其在数控加工中的受力变形情况。运用ANSYS软件分析了切削加工中零件在切削力作用下的变形,分析了叶片的受力分布。结果表明,在加工过程中叶片的叶顶变形最为严重。为后续研究烟气轮机动叶片在数控加工中的变形提供依据,并提供控制加工变形的方案,最后通过试验验证了方案的可行性。     

随钻测井用井下发电机系统的涡轮设计

对随钻测井系统中井下涡轮发电机的关键部件进行了研究.首先,建立了一种水力性能较高的涡轮模型;然后,基于计算流体力学(CFD)理论,采用Fluent软件对不同叶片参数的涡轮模型进行了紊流流场研究,并分析了流量、转速对涡轮流场的影响;最后,通过涡轮发电机地面单向水利实验验证了流量、转速、负载与涡轮发电机输出电压的关系.仿真结果表明:15叶片、叶片进口角30°以上、出口角45°以下、中弧线圆弧半径40mm以内对应的涡轮模型水力性能较好,但水力效率过高也会降低涡轮的工作寿命,因此,在一定范围内增大流量、转速对提高涡轮水力效率具有积极影响.所建立的涡轮模型能够提高涡轮的输出功率并保证其工作寿命.     

采用流场分析提高涡轮流量传感器性能的研究

以10 mm口径液体涡轮流量传感器为研究对象,经过对传感器内部流场进行分析,提出通过减小靠近叶片顶端的叶片受力面积,提高传感器测量性能的方法。从对特性曲线的分析出发,结合传感器数学模型,提出了一种利用不同流量点的仪表系数平方差Δ(K~2)评价传感器性能的方法。在此基础上,结合CFD仿真和传感器样机实验测试,研究了不同叶轮叶片形状参数对传感器性能的影响。实验结果表明:改变叶轮叶片形状能有效提高传感器的测量性能,切角参数为0.25时,传感器性能最优;此方法同样适用于其他口径涡轮流量传感器结构的优化。     

Investigation into the blade-formation process in electrochemical trepanning of diffusers

Abstract

Electrochemical trepanning process is an advanced manufacturing technology suitable for the machining of aero-engine components such as blades and diffusers. Tool-electrode (cathode) with special electrical isolation is adopted in the experimental investigations of this article using the electrochemical trepanning to produce a flow mode in which the electrolyte is supplied evenly to the blade being machined. The material removal model for these experiments is built based on the main technical principles of the ECM. For a better understanding of the electrochemical trepanning process during the machining of a blade, computer simulations were previously conducted aiming to observe the geometric shaping of the inter-electrode gap. The shaping process dynamic was analyzed and the distribution of electrical field intensity within the gap has been obtained under different feed rates of the tool-electrode relative to the blade. The profile of the cross-section of the blade was evaluated through the simulation, thus indicating that the blade’s taper angler decrease by increasing the feed rate. Also, practical experiments have been carried out, where the corresponding experimental results proved the simulation was effective. The best taper angle (0.70°) resulted from a machining condition in setting up a feed rate of 4?mm/min, whereas 3.72° was produced using 1?mm/min. Furthermore, a sector with multiple blades was electrochemically manufactured with the optimal set up of experimental parameters, being that the machining accuracy was about 0.12?mm. The application reflected that the method proposed in this article is appropriate and can be used for other complex structures in electrochemical trepanning.     

基于Pro/E软件平台的混流式水轮机转轮叶片形状拟合

根据混流式水轮机叶片设计方程，基于Pro／ENGEINEER软件设计平台，对混流式水轮机叶片进行了形状拟合，得到了叶片拟合形状，完全符合叶片加工的工艺要求，也为研制水轮机修复专用机器人提供了研制条件。