流场动态分析与主动分流的复杂曲面构件电解加工技术研究

本课题提出流场动态分析与主动分流的复杂曲面构件电解加工技术，用于复杂曲面构件的精密制造，重点研究流场控制模式及曲面演变过程中的流场动态分析。提出主动分流的流动方法，改变传统侧流式流场，将单股液流主动分开，根据曲面两侧型面特点，建立流场数学模型，通过主动分流方式，消除原有流量不均、流场随机变化显著、无法控制的弊端。建立加工间隙中液、固、气多相流模型，分析主动分流方式对电解产物去除和运输过程的影响，实现复杂曲面动态成型过程预测。在此基础上，开展复杂曲面演变过程中流场变化规律的动态分析，研究曲面变化状态对流场结构的影响，分析不同加工阶段的流场变化趋势，并建立流场动态优化策略，使加工过程中电解液保持最优流动状态，抑制或消除曲面演变过程中可能存在的流场突变、漩涡、空穴、分离等情况，从而实现复杂曲面构件的稳定、精密加工。本课题的研究将获得具有自主知识产权的原创性成果，获得重要和广泛的工业应用。

整体叶盘/叶片是航空发动机中最为重要的零部件，其型面扭曲、结构复杂、材料难加工、精度要求高，对制造技术提出了很高要求。电解加工技术是制造整体叶盘/叶片的主要制造方法，流场是电解加工技术的核心环节。本项目针对整体叶盘/叶片等复杂曲面零部件的电解加工技术开展研究，重点研究复杂曲面电解加工的流场问题。提出主动分流的电解液流动方式，分析主动分流方式对电解产物去除和运输过程的影响，结果表明该方式消除了原有流量不均、流场随机变化显著、无法控制的弊端。建立了加工间隙中流场数学模型，计算得到了气泡、热量、压力、流速沿程分布规律。分析了流场影响下复杂型面的电解加工成型过程。开展了电解液流场过程控制研究，研究不同加工阶段的流场变化趋势，计算了不同阶段的电解液压力和流速变化情况，初步掌握了整体叶盘径向电解加工过程中电解液压力和流速的变化规律，建立了加工过程中电解液流场动态控制的方法。在此基础上，设计了电解液稳流密封单元，开展了整体叶盘/叶片电解加工工艺试验，结果表明，采用优化设计的电解液流场，电解液分布更加均匀，工具进给速度可从0.6mm/min提高到1.0mm/min以上，轮毂端面的表面粗糙度值小于Ra0.2μm，加工表面无流纹，表明加工效率和加工质量均有明显提高。项目共发表学术论文16篇，其中SCI收录3篇，EI收录5篇。申请发明专利3项，其中已授权发明专利1项。培养研究生6名。项目负责人获得2011年度国家技术发明二等奖（第二完成人）。