航发叶片边缘电火花修整工艺初步探究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gz20090907
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叶片作为航空发动机的关键部件,其加工质量和加工精度影响着发动机的整体性能,叶片曲面又是高度扭曲的复杂曲面,具有曲率变化大、边缘半径小、形状复杂等特点,其高精度的加工标准对叶片毛坯的定位和加工提出了更高的要求。叶片在采用电解加工时,电解液在叶片进排气边缘处的流场和电场的分布不均匀,导致了电解加工后的叶片进排气边缘处产生尺寸和形状误差。针对此问题,本研究提出了采用电火花加工工艺对电解加工后的叶片进行边缘修整,为实现该加工工艺,本文做了以下研究工作:(1)搭建六轴电火花加工机床。叶片进排气边缘是高度扭曲的复杂曲面,采用传统三轴机床难以完成复杂曲面的高精度修整工作,为此,本文搭建了六轴电火花加工机床,该机床采用双摇篮结构布置,能够实现空间六自由度高精度运动;为标定机床的精度,本文对机床的精度和加工误差进行了检测和分析。(2)叶缘电火花加工电极损耗及补偿规律探究。电极损耗在电火花加工中不可避免,叶片边缘加工对电极损耗异常敏感,为此本文采用黄铜做电极材料,镍基合金GH4169作为叶片材料,对圆弧采用线线加工时电极损耗补偿规律进行探究。通过对比分段均匀损耗补偿法和均匀损耗层插补补偿法两种补偿方法,发现采用均匀损耗层插补补偿法的加工效果更佳,工件的平均尺寸误差由未补偿时的75μm降到了补偿后的13μm。(3)叶片截面参数提取及毛坯位置配准方法研究。由于现有的叶片模型定位基准与毛坯定位基准之间存在较大的误差,针对此问题,本文设计实验对叶片截面参数进行了提取并提出了基于叶片截面特征参数的毛坯配准方法,该方法利用叶片截面上的等距弦长和等距中弧线特征数据建立了毛坯配准数学模型,通过遗传算法对毛坯配准数学模型进行优化,最后用优化后的参数作为迭代最近点算法(ICP)的初值进行精确配准。数值算例验证,采用中弧线特征数据粗配准后再使用ICP算法精配准取得了更好的配准效果,与单独使用ICP算法配准相比,配准误差由0.63579mm降低到0.01918mm。(4)叶缘曲面电火花包络加工方法研究。由于电极损耗在电火花加工中不可避免,采用线与线包络的加工方式能较好地解决电极损耗补偿问题,为完成叶片曲面的电火花线线包络加工,本文对叶缘曲面进行截面采点并对曲面进行双三次B样条曲面拟合,建立了叶缘曲面方程,根据空间啮合原理设计了不同时刻下的啮合线,对啮合线进行坐标转换得到成形电极曲面上的点,同样通过的双三次B样条曲面拟合得到高精度的成形电极曲面,最后通过运动仿真检验是否干涉,证明了包络方法设计的可靠性。
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