航空发动机叶片气膜孔电火花加工的电极补偿技术研究

【类型】学位论文

【作者】严骅 

【关键词】 气膜孔加工 锥度补偿 放电状态检测 FPGA 正交试验

【摘要】近几年,随着国家综合国力的提升,航空事业得到了迅猛地发展,作为飞行器的心脏——航空发动机,它的性能的优劣是我国航空事业能否继续飞速发展的关键,为了能够制造出大推重比的发动机,在对发动机叶片材料的高温性能要求很高的同时,发展冷却技术也变得极为重要,其中气膜冷却孔对涡轮叶片的冷却效率起到极为重要的作用。目前加工叶片气膜孔最常用的方法是采用电火花加工,当使用电火花的方式加工气膜孔时,由于电极本身的损耗,以及“二次放电”形成的喇叭口的现象的影响,使得孔刚刚打穿时,孔的形状为锥形。对于开放型工件的通孔加工,常用的方法是让电极过度进给一定距离去进行锥度补偿,去消除由电极损耗造成的锥度;可是对于叶片这种半封闭的结构,不能允许电极无限制地向下进给,否则就会对叶片后壁造成误加工,因此必须对电极进行锥度补偿时的主轴进给量进行控制。为了解决目前电火花加工叶片气膜孔时,电极进行锥度补偿会对叶片后壁造成误加工的问题。本文综述了国内外叶片气膜孔加工和电火花加工电极损耗补偿的研究现状;进行了放电状态检测装置的研制;进行了基于FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的放电率统计通讯程序设计与上位机监测平台软件开发;进行了基于放电状态检测装置的气膜孔加工锥度补偿的实验研究。本文通过放电状态检测装置,实现了对间隙放电波形的判别和区分,通过基于FPGA的放电率时间统计通讯模块,实现了对统计周期内的各放电波形出现时间比例的计算,以及和上位机之间的串口通讯;根据锥度补偿完毕前后放电状态统计比例突然变化的特征,制定了基于边沿触发的判断策略,实现了对电极锥度补偿完毕时刻的检测识别,并且通过上位机监测平台和LED显示板输出补偿完毕指示信号,实现了对锥度补偿过程电极进给量的控制。最终本文通过正交试验,找到了使得电极伸出量最短的最优电参数,将电极的伸出量控制在2mm~2.5mm的范围内,并且将加工完成孔的锥角控制在1°~1.4°的范围内,在消除锥度的同时,保证了电极端部到叶片后壁之间有一段安全距离,由此解决了在叶片上用电火花加工通孔时的锥度补偿问题。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】哈尔滨工业大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】郭永丰

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