整体叶盘作为航空发动机的核心部件,其性能优劣直接影响航空发动机的性能。整体叶盘把发动机叶片和轮盘设计成一个整体,减少了零件数量、减轻了重量,使发动机性能与可靠性显著提升。然而整体叶盘的叶片型面扭曲、叶栅通道狭窄、材料切削难切削,其制造非常困难。电解加工具有加工效率高,表面质量好、工具无损耗、无加工残余应力、加工与材料力学性能无关等优点,已经成为航空发动机整体叶盘的主要制造方法之一。在电解加工中,阳极工件的形状是由工具阴极形状保证的,因此阴极设计是整体叶盘型面电解加工技术的核心。本文以整体叶盘型面加工中组合式工具阴极为研究对象,研究阴极结构与型面设计方法,主要研究内容如下:(1)开展了整体叶盘组合式阴极刚性强化设计。针对整体叶盘电解加工中,工具阴极受狭窄的加工区空间限制,易发生空间干涉及受力变形等问题,开展组合式阴极刚性强化设计。基于工具阴极“直进直出”轨迹及阴极厚度最大化原则设计了叶栅通道内、外阴极结构。刚性强化设计后,受组合式阴极结构影响,叶盆、叶背阴极刚性分布不均,刚性较弱一方仍然会产生较大变形。(2)提出一种阴极组合结构优化方法。为了在有限的阴极刚性条件下,均匀叶盆、叶背阴极刚性分布,使组合式阴极的整体刚性得到提升,本文提出了一种阴极刚性优化方法,以叶盆、叶背阴极变形差为目标函数,通过有限元单向流固耦合分析法与黄金分割法获得了某整体叶盘组合式阴极的最优结构。(3)提出了工具阴极型面的设计修正一体化方法。该方法以恒采样点为基础,将工具阴极设计、加工误差测量、阴极型面修正统一到相同的采样点坐标下,并基于采样点的三维法线方向作为阴极设计、型面修正方向,将阴极型面的三维修正转化为离散的一维修正,显著提升了修正量的定位精度。以整体叶盘扇段件为对象,开展了工具阴极型面设计修正试验,仅一次修正就满足加工要求,试验结果表明新方法显著提升了阴极设计修正效率。(4)开展了整体叶盘电解加工试验。采用优化设计的工具阴极,在自行研制的整体叶盘型面电解加工系统上,开展整体叶盘电解加工试验,成功加工出符合设计图纸要求的整体叶盘试件,试验结果充分证明了本文研究成果的正确性与有效性。