回转体表面凸台旋印电解加工成形仿真与试验研究

摘要

以航空发动机机匣零件为代表的回转体表面凸台零件，因其结构复杂且多采用难加工材料，其加工成形一直是航空制造领域的难题。传统的数控切削存在加工变形、加工效率低、刀具费用高等诸多问题。电解加工方法因为不受材料强度和硬度的限制，工件表面无残余应力，很好的克服了数控切削加工存在的缺陷，成为机匣加工的一种有效方法。针对回转体表面凸台结构本文采用旋印电解加工方法，研究其成形轮廓。
　　杂散腐蚀是影响旋印电解加工精度的重要因素，研究旋印电解加工原理和过程，凸台表面杂散电流是导致凸台表面杂散腐蚀的根本原因。凸台表面杂散腐蚀会导致凸台表面轮廓成形轮廓有误差，凸台表面轮廓误差越大，杂散腐蚀越严重。
　　对旋印电解加工过程进行电场仿真，基于ANSYS APDL参数化设计语言仿真分析高温合金回转体表面凸台成型轮廓，通过凸台表面轮廓误差来分析凸台表面的杂散腐蚀程度。仿真不同高度凸台和不同电压、进给速度、阴极半径对凸台表面轮廓误差的影响。仿真结果表明：随着凸台高度的增加，凸台表面轮廓误差越来越大；加工电压越大，凸台表面轮廓也误差越来越大；随着进给速度的提高，加工间隙会变小，凸台轮廓误差也会变小；阴极半径的变化对凸台表面轮廓各处误差影响不同，随着阴极半径的增大，凸台表面轮廓中心部分误差在减小，而两侧边缘部分轮廓误差在增大。同时也仿真了在阴极进给量一定的情况下，不同电压、进给速度和阴极半径对凸台成形高度的影响。仿真结果表明：电压越高，凸台成形高度越高；进给速度越快，凸台成形高度在降低；随着阴极半径的增大，凸台的成形高度在增大。
　　为了改善旋印电解加工中的杂散腐蚀，提出在阴极窗口中添加正电压差辅助阳极来改变非加工区电场分布，降低凸台表面电流密度从而降低凸台表面杂散腐蚀。对辅助阳极的局部尺寸进行了优化设计使辅助阳极能更好的发挥作用。仿真分析不同正电位辅助阳极对凸台表面电流密度的影响，仿真结果表明：当辅助阳极与凸台等电位时，凸台表面电流密度大大减小，当辅助阳极电压高于凸台电压时，凸台表面电流方向改变，凸台表面不发生电化学阳极腐蚀。
　　改进现有旋印电解圆柱形工件加工用夹具，使其能满足高凸台的加工要求，对正电压差辅助阳极进行旋印电解加工试验，试验结果表明：当辅助阳极与凸台等电位时，加工凸台的高度较低时，有很好的改善杂散腐蚀的效果，但是加工较高的凸台时效果就不明显了。此时辅助阳极电压需要高于凸台并进行试验，试验结果表明：当辅助阳极电压高于凸台时，加工较高的凸台杂散腐蚀的改善效果很好。同时也设计了圆锥形工件加工用夹具，并对圆锥形工件进行了探索性试验研究，验证了圆锥形工件表面凸台加工的可行性。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 航空发动机机匣的特点和加工制造现状

1.3 旋印电解加工技术

1.4 课题的研究意义和主要内容

第二章 旋印电解加工原理与过程

2.1旋印电解加工原理

2.2旋印电解加工过程

2.3传统电解加工中的杂散腐蚀

2.4 旋印电解加工中杂散腐蚀的由来

2.5 本章小结

第三章 旋印电解加工成形仿真

3.1 旋印电解加工凸台成形仿真原理

3.2对高温合金材料不同高度凸台轮廓的仿真结果和分析

3.3不同参数对凸台表面轮廓误差的影响

3.4本章小结

第四章 辅助阳极旋印电解加工方法

4.1 辅助阳极在旋印电解加工中的提出

4.2旋印电解加工正电位差辅助阳极的设计

4.3辅助阳极尺寸的仿真优化

4.4辅助阳极不同正电压对凸台表面电流密度的影响

4.5等电位辅助阳极旋印电解加工试验

4.6 本章小结

第五章 旋印电解加工试验研究

5.1旋印电解加工系统

5.2正电位差辅助阳极旋印电解加工试验

5.3圆锥形工件旋印电解加工探索性试验

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 未来研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文