阻燃钛合金Ti40型腔电解加工的流场设计及试验研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:xaolan811
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阻燃钛合金Ti40(Ti-25V-15Cr-0.2Si)是新型钛合金材料,具有密度小,强度高,阻燃性能好等特点,未来将应用到航空发动机机匣等关键部件上。Ti40机械加工困难,刀具磨损严重、加工效率低、成本高。电解加工具有不受材料力学性能限制,加工效率高,工具无损耗,工件无变形等优点,成为难加工材料特殊结构零件的主要加工方法。但在钛合金电解加工时,钛合金表面易钝化,钝化膜电导率低,其电解加工表面质量较差,加工稳定性不高。本文针对阻燃钛合金Ti40型腔电解加工开展研究,重点研究了电解液成分、工艺参数、电解液流场对该材料型腔电解加工的影响。开展了型腔电解加工的流场设计,得到了优化的流场结构。设计了电解加工所需的工装夹具和工具电极,开展了阻燃钛合金Ti40的电解加工基础工艺参数优选试验和Ti40型腔结构电解加工试验,通过正交试验法得到最优参数,并加工出Ti40型腔实物,具体内容如下:(1)针对Ti40钛合金开展了基础性电解加工工艺参数研究,研究了不同电解液及加工参数对加工质量的影响,从而掌握溶解规律。设计了平面电解加工试验装置,包括工装夹具和工具电极等,研究了Ti40与五种电解液的匹配特性,以加工效率和表面质量为评价标准,确定了最佳电解液成分,并对比分析直流与脉冲电流对Ti40电解加工的影响,结果表明脉冲电流有助于提高Ti40加工表面质量;在优选的电解液基础上,研究了不同脉冲电流频率、占空比和电解液浓度对Ti40电解加工质量和效率的影响,最终获得了较为理想的工艺参数。(2)针对型腔零件,开展了电解加工的电解液流场设计研究,对流动形式进行了优化,设计了四种工具电极出液口布局结构,对其流场分别进行计算仿真,通过电解液流速和流场均匀性的对比分析,确定了一字槽布局形式为较优的流场结构。在此基础上,开展了不同工具电极出液布局的流场试验研究,制造了一字槽和分叉槽工具电极,开展了电解加工试验,结果表明,一字槽工具电极得到了较好的加工结果,其电解液流场较优,与计算仿真结果吻合。(3)在上述研究基础上,针对Ti40型腔结构开展了电解加工试验研究,设计出型腔电解加工试验装置,通过加工电压、电解液压力、进给速度、电解液浓度四因素的正交试验,确定了最优的参数组合。采用该参数进行了Ti40型腔电解加工,并对加工实物进行了检测,结果表明采用该参数加工的型腔质量较好,表面粗糙度达到Ra0.371μm,同时加工速度较快,材料去除率达到690mm3/min。
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