答辩博士：王璟

指导教师：朱荻  教授/博导 

                   徐正扬  教授/博导 

论文题目：整体叶盘叶栅通道协同旋转变速进给电解加工技术研究

答辩委员会：

主席：李小宁    教授/博导      南京理工大学

委员：康  敏    教授/博导      南京农业大学

云乃彰    教授/硕导      开云Kaiyun

徐九华    教授/博导      开云Kaiyun

徐正扬    教授/博导      开云Kaiyun

朱  栋    教授/博导      开云Kaiyun

朱  荻    教授/博导      开云Kaiyun

秘书：刘  嘉   副教授/硕导     开云Kaiyun

时间：2022年09月04日13:00

地点：南航明故宫校区4号楼4218会议室

学位论文简介：

现阶段整体叶盘叶片型面越来越扭曲，相邻叶片之间的叶栅通道也越来越狭窄，使得其制造变的更加困难，已成为制约高性能航空发动机发展的关键因素。电解加工技术作为一种非传统加工工艺，由于其独特的加工方式已成为整体叶盘制造的主要技术之一。整体叶盘电解加工主要包括叶栅通道电解加工和叶片型面电解加工。由于遗传误差的存在，需要尽可能地提高叶栅通道电解加工的精度，控制遗传误差对叶片型面电解加工的影响，使最终整体叶盘达到加工要求。本文以此为目的，围绕整体叶盘叶栅通道电解加工技术，研究叶栅通道电解加工基本原理、规律，将工具阴极和工件协同旋转、工具阴极变速进给应用于整体叶盘叶栅通道电解加工技术中，分析工具阴极旋转、工件微量旋转以及工具阴极变速进给对叶栅通道电解加工成形的影响，优化工具阴极、工件的运动轨迹，抑制叶尖处杂散腐蚀，设计试验工装夹具等，并完成两种镍基高温合金整体叶盘的加工。

论文完成的主要工作及取得的成果如下：

(1) 提出工具阴极和工件协同旋转运动模式。为适应叶片沿积叠轴的旋转、在轴向截面的扭曲，提出工具阴极和工件协同旋转；对叶栅通道溶解过程进行建模仿真，分析该运动模式叶栅通道电解加工成形过程；建立优化准则，设计工具阴极的旋转进给轴、加工刃曲线；在此基础上，建立截面余量差与工具阴极、工件旋转角度的函数关系，得到工具阴极和工件在不同进给位置的旋转角度优化解；试验结果表明，该运动模式可以提高叶栅通道电解加工的精度。

(2) 提出工具阴极变速进给叶栅通道电解加工方法。为进一步提高叶栅通道电解加工的精度，以适应叶栅通道叶尖宽、叶根窄的特点，提出工具阴极变速进给；通过仿真，分析变速进给对叶栅通道叶尖至叶根余量分布的影响；设计工具阴极变速进给优化策略，并应用于协同旋转电解加工中，即协同旋转变速进给叶栅通道电解加工方法；试验结果表明，与传统方法相比，该方法余量差在叶盆、叶背分别减小了34.8%和55.5%，可应用于工业生产中。

(3) 开展叶片毛坯叶尖位置杂散腐蚀抑制的研究。在叶栅通道电解加工中，由于存在杂散腐蚀，会严重腐蚀叶片毛坯的叶尖部位，在进、排气边出现缺口。针对上述问题，设计加工刃上下端内缩阴极；通过仿真对其结构、尺寸进行优化；试验结果表明，采用加工刃上下端内缩阴极以后，在叶尖位置，叶片毛坯叶盆、叶背的最小余量分别增加了24.8%、22.8%，余量分布更加均匀，缺口明显改善。

(4) 开展整体叶盘叶栅通道电解加工试验。针对两种整体叶盘的技术要求，分别采用径向进给叶栅通道电解加工方法以及协同旋转变速进给叶栅通道电解加工方法进行加工；分别规划了试验方案，设计了整盘毛坯、工装夹具等，确定了稳定加工参数；借助自主研发的电解液监测系统、五轴电解加工机床，对两种整体叶盘都依次开展了基础件和完整盘的叶栅通道电解加工试验，得到了满足加工要求的两种整体叶盘叶栅通道。

主要创新点如下：

(1) 提出在叶栅通道电解加工中，工具阴极和工件协同旋转的运动模式。该运动模式的优点在于，可以适应叶片型面叶尖至叶根沿积叠轴的旋转、在轴向截面(平行于积叠轴)的扭曲，实现具有复杂曲面整体叶盘的加工，并得到了较好的余量均匀性。

(2) 提出变速进给叶栅通道电解加工方法，解决了叶片毛坯余量在叶尖与叶根差异较大的问题，进一步提高了叶栅通道电解加工的精度。

(3) 提出叶尖处杂散腐蚀抑制的方法。对工具阴极加工刃上、下端进行内缩，仿真与试验结果表明，优化后的工具阴极可显著提高叶片毛坯叶尖位置的加工余量，有效地抑制了该位置因杂散腐蚀而形成的缺口。

(4) 开展镍基高温合金整体叶盘叶栅通道工具阴极和工件协同旋转变速进给电解加工试验，规划了整体叶盘完整盘的试验方案，并完成了正式件(整体叶盘完整盘)的加工。该试验方案可应用于实际加工中，可实现整体叶盘叶栅通道的高精度、高效率以及高稳定性加工。