整体叶盘型面电解加工阴极“C”形加强筋结构优化设计.pdf

机被制造?
万龙凯,等?整体叶盘型面电解加工阴极“C”形加强筋结构优化设计
整体叶盘型面电解加工阴极“C”形
加强筋结构优化设计
万龙凯,曲宁松,刘嘉,徐正扬,朱栋
(南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016
摘要:电解加工整体叶盘时,由于叶襦通道狭窄,阴极工具必须设计成薄片结构,因此减
少エ具阴极在高速、高压电解液环境中的变形显得尤为重要。采用单向流固耦合方法分
析了三维复合流场下2.5mm等厚度薄片阴极的变形,分析结果表明该阴极变形量过大,
无法满足要求。设计了“C”形加强筋结构,提出了一种加强筋厚度优化方法,获得了最优
加强筋厚度,并对设计优化后的阴极进行变形仿真,仿真结果表明:叶背阴极变形量从
0.052mm减少刻了0.0037m,叶盆阴极变形量从0.061mm减少到了0.0074mm,阴极
变形量显著减小。
关键词:电解加エ;整体叶盘;变形仿真;阴极结构设计;优化
中图分类号:TC662;TP391.9文献标志码:B文章编号:1671-527(2015)03-0005-0
Optimal Design of Cathode C-shaped Reinforced Structure in Blisk ECM
WAN Long-kai, QU Ning-song, LIU Jia, XU Zheng-yang, ZHU Dong
( Nanjing University of Aeronautics&Astronautics, Naning 210016, China
Abstract: In the blisk ECM process because the channel between two blades is narrow, the cathode must be thin-sheet structure
thereforeitisespeciallyimportanttodecreasethecathodedelformationintheelectrolyteundercertainpressure.Onewayitid-struc
tue nation mh s o aaz the defomation of he tin-sheet cathode with 2.5 mm cross-section in the 3D complex flow
field. As the cathode deformation is s are that it cannot meet he requirements, C-shaped reinforced structure, whose thinkness
wil e opt mz y a opt m zaion mo i sie. Ten e deformation simulation of the new cathode is carried out. The re-
sult shows that the convex cathode defomation is reduced from 0.052 mm to 0.0037 mm. and the concave cathode deformation is
reduced from 0.061 mm to 0.0074 mm. The cathode deformation is greatly reduced
Kewo: EM bli man m ao structure design; optimization
中,电解液使阴极承受复杂的液压载荷,由于电解液压力
较高,薄片阴极在液压载荷下容易变形。变形的阴极势必
对加工精度造成影响,严重时会引起加工中阴阳两极接
整体叶盘是为了满足高性能航空发动机而设计的新触,导致加工短路,因此开展阴极变形研究对提升加工精
型结构件。整体叶盘结构复杂,叶片超薄、扭曲,叶栅度和稳定性至关重要。一般情况下,可以通过增加阴极厚
通道狹窄,通常选用钛合金、高温合金等难切削材料,加工度来减少变形,但由于部分叶盘毛坯的叶栅通道狭窄,且
精度要求苛刻,机械加工十分困难?。电解加工是基于叶型扭曲程度大,阴极自身厚度增加非常有限,无法满足
电化学阳极溶解原理去除金属材料的一种非接触式加工要求,文中开展了对阴极加强筋结构的设计优化研究。采
方法,具有加工成本低、加工效率高和阴极无损耗等诸多用单向流固耦合方法分析了三维复合流场下2.5mm等厚
优点]。国外如美国GE公司采用成形或近成形阴极的度薄片阴极变形;根据夹具、工件毛坯和工具阴极的相对
五轴数控电解加工方法对先进发动机整体叶盘进行加位置关系,设计了“C”形加强筋结构;提出了一种加强筋
エ日;德国AEG采用单头卧式机床电解加工整体叶厚度优化方法,并对设计优化后的阴极进行了变形仿真分
盘。国内学者针对整体叶盘电解加工技术也开展了许析。结果表明:对阴极结构的设计优化大大减少了阴极
多研究。例如数控展成通道加工?、径向进给叶栅通道变形。
加工、W型流场型面加工[?、薄片阴极型面加工?等整
体叶盘电解加工方法。
1阴极受力变形仿真分析
在整体叶盘电解加工中,由于叶栅通道狹窄,叶盆阴
极与叶背阴极必须制成薄片结构,伸入毛坯两侧叶栅通道
整体叶盘电解加工过程中,叶背阴极、叶盆阴极伸入
进行加工。加工中薄片阴极处于高速、高压电解液环境叶栅通道后相向进给,加工整体叶盘叶型,为了提高电解
基金项目:国家自然科学基金(51205199);江苏省自然科学基金(BK2012387)
作者简介:万龙凯(1989-),男,江苏丹阳人,硕士研究生,研究方向为电化学制造。
Machine Building &Automation, Jun 2015, 44(3): 5-8, 16