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答辩博士：葛永成 指导老师：朱增伟教授 论文题目：高温合金机匣电解加工技术基础研究 答辩委员会： 主席：李小宁 教授 南京理工大学 委员：康 敏 教授 南京农业大学 朱 荻 教授 南京航空航天大学 曲宁松 教授 南京航空航天大学 苏宏华 教授 南京航空航天大学 徐正扬 教授 南京航空航天大学 朱增伟 教授 南京航空航天大学 秘书：王登勇 讲师 南京航空航天大学 答辩日期：2018年10月15日上午15:00 答辩地点：南航明故宫校区4-202 学位论文简介： 机匣零件是航空发动机的关键部件之一，其外形特征多为圆筒或圆锥形的回转体结构。为了减轻机身重量，追求更高的热效率，机匣零件通常采用薄壁机构，其局部壁厚甚至小于1 mm。机匣零件加工过程中去除余量大、材料难切削、加工易变形的特点给传统加工带来极大的挑战。随着国防工业航对空发动机的需求量和使用性能的不断提升, 根据机匣零件不同结构特征的加工需求，寻找合适的、高效先进的加工工艺方法是非常有意义的。本文以航空发动机中高温合金机匣零件为研究对象，针对机匣零件凹凸结构型面加工成形和无凹凸结构回转面高效加工的需求，分别提出定点断电旋印电解加工技术、环形深切电解加工技术和环形深切电解磨削复合加工技术，并进行了大量的理论分析和试验研究。 论文主要研究工作： 1）围绕锻造高温合金机匣凹凸结构型面的加工需求，提出了定点断电旋印电解加工技术。研究了旋印电解加工过程中，阳极表面的电流密度分布规律。开发了阳极工件材料去除过程的仿真程序，并通过凸台成形过程的仿真模拟证实了定点断电法对阳极工件表面非加工区域的保护作用，得到了优化的断电间隔校正值。最后，以锻造高温合金GH4169薄壁回转体工件为加工对象，开展了定点断电法的试验研究，结果表明定点断电法对阳极工件表面非加工区域的保护起到重要作用。 2）针对锻造高温合金机匣无凹凸结构回转面的高效加工需求，提出环形深切电解加工技术，并优化了流场模式和阴极结构。开展了环形深切电解加工的电场仿真研究，结果表明：环形深切能够显著提高阴、阳极间包络的加工面积，加工电流也因此得到显著提升；阳极工件材料的去除效率会随着阴极工具的切入深度加大而显著增加。此外，提出了内喷冲液的流场模式，并进行了内喷阴极工具的设计和优化。开展了环形深切电解加工试验研究，结果表明，内喷冲液流场模式能够及时排除电解产物，实现了阳极工件材料去除效率的大幅提高。通过几种典型结构形式的回转体零件的环形深切电解加工试验，证明了环形深切电解加工方法的应用潜力。 3）面向铸造高温合金机匣的电解加工，分析了典型铸造高温合金K423A的微观组织结构特征，并研究了K423A在电化学溶解过程中的材料去除机制。K423A的微观组织结构研究表明，相对于锻造高温合金，铸造高温微观结构更为复杂，大量碳化物、氧化物及杂质颗粒富含在基体材料中。电化学溶解特性的研究表明，相对于锻造高温合金，铸造高温合金能够获得更高的电流效率，揭示了电解加工技术在高效加工铸造高温合金材料中的应用潜力。 4）面向铸造机匣无凹凸结构回转面的高效加工需求，针对铸造高温合金基体中难溶性颗粒导致电解加工试样表面粗糙的特点，提出深切电解磨削复合加工技术，并研究了复合加工过程中阳极材料的去除机制。开展了大量的阳极材料去除机理的试验研究，建立了铸造高温合金在电解磨削复合加工过程中的材料去除模型，揭露了机械磨削在铸造高温合金材料去除过程中的作用。此外，还开展了不同加工参数下的电解磨削复合加工试验，探讨了阴极工具的转速、磨粒粒度对加工电流及加工效率的影响。 5）为实现内喷阴极工具在高速旋转的同时，对加工间隙进行稳定供液，设计了精密的旋转转接装置。同时，设计了多自由度控制的辅助冲气装置，以期对不同大小、不同形状、不同切深的阳极工件实施任意角度的自由冲气，以达到对回转体零件已加工表面的保护作用。 6）开展了某型号铸造高温合金机匣零件铸造余量的环形深切电解磨削复合加工试验，并针对铸造高温合金机匣零件的已加工表面极易遭受杂散电流侵蚀的特性，提出气绝缘的方法保护已加工表面。 论文主要创新点： 1）提出了定点断电法来保护阳极工件表面的非加工区域，实了现简化工艺、提高成形精度的目的。开发了阳极轮廓成形过程仿真程序，并进行了相关参数优化。开展了定点断电法对提高回转体阳极工件表面非加工区域成形精度的试验研究，证明了该方法的有效性。 2）提出了环形深切电解加工技术，同时提出了内喷冲液的流场模式，并进行了内喷阴极工具的设计和优化。通过几种典型结构形式的回转体零件的环形深切电解加工试验，证明了环形深切电解加工方法的应用潜力。最后，以锻造高温合金GH4169回转体零件为加工对象，成功进行了机匣零件典型结构的环形深切电解加工试验。 3）开展了铸造高温合金材料的电化学溶解特性研究，首次建立了铸造高温合金K423A在电解加工过程中的材料去除模型，为广泛使用于航空工业中的整体铸件的铸造余量的高效去除提供理论依据。 4）提出电解深切磨削复合加工技术，进一步提高加工效率的同时，大幅改善了铸造高温合金材料的表面质量，并通过大量试验研究了复合加工过程中阳极材料的去除机制、建立了电解深切磨削复合加工过程中阳极材料的去除模型。 5）针对环形深切电解磨削复合加工过程中已加工表面极易遭受杂散腐蚀侵蚀的问题，提出了气绝缘的方法来保护已加工表面，通过压缩电解液的覆盖范围、降低过渡区域中电解液的电导率改善了电解深切磨削复合加工过程中，已加工表面遭受杂散电流二次侵蚀的问题。
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