电解加工扩压器叶片电解液流道的仿真与实验研究

发布日期：2022-01-19

研究背景

扩压器是航空发动机中的核心部件之一，其主要作用是将叶轮出口处高速气流的动能转化为压力能。为了满足高性能要求和适应恶劣的工作环境，扩压器通常采用钛合金或镍基高温合金制成，这些材料耐高温、耐腐蚀，但硬度高、导热性低并且难以加工。传统的制造方法会导致切削温度高、加工表面质量低、刀具磨损严重、残余应力高。电解加工(ECM)是一种基于阳极电化学溶解机理的非传统加工方法，不仅适用于难切削材料和复杂形状的加工，而且具有无刀具磨损、无残余应力、加工精度高、理论上没有阴极损耗和大批量制造等优点。在电解加工中，微区流场的分布直接影响加工稳定性、加工精度和表面质量，因此，需对其流场进行改进和优化。

内容简介

针对扩压器叶片电解加工(ECM)过程中前缘后缘边缘处电解液流速低、端面间隙流场均匀性差的问题，在阴极前缘后缘边缘处设计了三种增液通道，建立间隙流场仿真模型。仿真结果表明，出口面积S为1.5 mm²，通道中心到边缘点距离L为3.2mm的增液孔通道(LIHC)的改善效果最好。此外，实验结果表明，带有增液孔通道的优化阴极显著提高了加工效率、精度和表面质量。进给速度从0.25 mm/min提高到0.43 mm/min，锥度从4.02°降低到2.45°，叶背表面粗糙度从1.146μm降低到0.802μm，同时，叶盆表面粗糙度从0.961µm降低到0.708µm，轮毂表面粗糙度从0.179µm减少到0.119µm。结果证明了该方法的有效性，可用于电解加工其他流场均匀性较差的复杂结构。

图文导读

图1流场示意图：(a)ECM中的正流场； (b)端面间隙流线；(c)带有LICSC的阴极；(d)带有LISSC的阴极；(e)带有LIHC的阴极。

图2 截面A速度云图：(a)原始模型；(b)LICSC模型；(c) LISSC模型；(d) LIHC模型。

图3 (a) ECM的实验装置； (b)实验阴极；(c)原阴极以0.25mm/min的进给速度加工叶片；(d)原阴极以0.3 mm/min的进给速度加工叶片；(e)优化阴极以0.43 mm/min的进给速度加工叶片。

（供稿：陶金   审核：翟昌太）