答辩博士：周耀武
指导老师：朱荻、徐正扬 教授/博导
论文题目：闭式整体构件叶片电解加工若干关键技术研究
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
朱 荻 教授/博导 南京航空航天大学
傅玉灿 教授/博导 南京航空航天大学
云乃彰 教授/硕导 南京航空航天大学
徐正扬 教授/博导 南京航空航天大学
朱 栋 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：陆俊华 副教授/硕导 南京航空航天大学
答辩时间：2021年3月21日 14：00
答辩地点：A4号楼4216室
学位论文简介：
叶片类整体构件是先进的航空发动机中的核心零部件，其结构中叶片多为薄型、扭曲结构，叶间通道狭窄，通常采用耐高温、耐高压、高强度、高硬度等难加工材料，同时加工精度、表面质量要求高，因此制造非常困难。电解加工基于电化学阳极溶解原理去除材料，与工件材料强度、硬度无关，加工中具有无切削力、无工具损耗等工艺特点。因此，电解加工在整体构件的多种制造技术中显示出优势。目前关于闭式整体构件叶片电解加工技术的相关报道和研究很少，为了填补闭式整体构件叶片电解加工技术研究内容的空缺，提升闭式整体构件叶片电解加工的精度和加工稳定性，满足当前发动机发展的需要，针对闭式整体构件叶片电解加工的若干关键技术开展了深入研究。
论文的主要研究工作包括：
（1）设计出超精密电解液循环过滤系统。对加工后的电解液进行了粒度分析，基于电解产物的粒子尺寸及过滤通量确定过滤精度，采用陶瓷膜过滤、布袋式过滤器、Y型过滤器组合的方式，实现了0.5 μm的电解液超精密过滤，基本实现电解液中固体杂质全部清除。通过对电解液浓度、酸碱度的实时监控，对电解液温度、压力、流量的精确控制，显著提升了电解液流场的稳定性，保证了电解液电导率的一致性，为加工精度的提升奠定了基础。
（2）提出了提高型面电解加工整平比的方法。第一种方法是基于加工间隙大小对气液混合电解液的电导率分布的影响，提出利用气液混合电解液提高电解加工整平能力，首先阐明了气液混合电解液对提高整平能力的作用机理，并通过搭建的高速摄像平台观测进行了观测验证。开展了不同气泡率条件下电解加工整平比试验，试验结果表明气液混合电解液可以显著提高电解加工整平能力，并且整平能力随着气泡率的提高而增加；第二种方法是从电解加工成型规律角度出发，提出了一种采用低占空比脉冲参数提高整平比的方法，通过建立间隙内加工过程的数学模型，分析了不同脉冲加工参数对整平比的影响。仿真及试验表明，在低占空比脉冲参数下，整平比得到了显著提高。
（3）开展了工具电极型面设计方法研究和设计系统研制。优化了阴极进给角度，型面θ角最大值受进排气边影响较大，通过型面离散化，实现了叶身与进排气边的分离，使得叶身型面θ角最大值更小，分布更加均匀；其次根据简化电场成型理论，分别得到了叶身型面、进排气边的间隙分布规律；最后，定量分析了流场因素对间隙分布的影响。并基于MATLAB App designer平台开发了叶片工具电极设计系统。
（4）开展了闭式扩压器电解液流场设计及优化。针对闭式整体构件叶片电解加工流道结构，开展了加工间隙内的流场特性研究，设计了适合闭式整体构件叶片电解加工的两种电解液流动方式（正冲式、反冲式）。针对这两种电解液流动方式，建立了对应的流场模型，并采用有限元进法行比较分析。仿真及试验结果表明，采用正冲式流场后，加工过程稳定，可以获得较好的流场稳定性、较高的表面质量。
（5）开展了某钛铝闭式扩压器叶片的电解加工试验。在前期装备设计与工艺研究的基础上，以某钛铝闭式扩压器为研究对象，开展了扩压器扇段件的电解加工试验研究。在加工过程中利用工具电极设计系统设计出的阴极，采用低电加工参数、电解液正冲式流动方式，采用三坐标测量机等设备对扇段试验件进行检测与评价，试验结果表明加工的叶片具有较好的重复精度和表面质量。
主要创新点：
（1）设计了超精密电解液循环过滤系统，首次引入无机陶瓷膜作为电解液过滤元件，提出Y型丝网粗过滤、布袋式滤网中过滤、陶瓷膜精过滤的三级过滤方案，实现了粒径0.5 μm以上电解产物的基本去除；提出了电解液压力、流量闭环控制方案，通过实时监测电解液入口处的压力、流量控制自动调节阀的开度，使电解液压力及流量波动分别在±0.01 Mpa、±0.01 m3/h以内；设计出由加热罐、板式换热器、冷冻机组构成的电解液温度控制模块，使电解液温度波动在±0.1 ℃以内。
（2）建立了闭式整体构件叶片电解加工电场、流场模型，得到了叶身型面、进排气边的加工间隙分布规律和电导率变化规律。在此基础上基于cos θ法和理论推导设计了工具电极设计系统，提升了阴极设计精度及设计效率。
（3）提出利用气液混合电解液提高电解加工整平能力，阐明了气液混合电解液对提高整平能力的作用机理。试验结果表明气液混合电解液可以显著提高电解加工整平能力，并且整平能力随着气泡率的提高而增加。
（4）提出采用低占空比脉冲参数提高整平比的方法，建立了加工过程的间隙分布模型。仿真及试验表明，在低占空比脉冲参数下，整平比得到了显著提高。
（5）对闭式整体构件叶片电解加工的流道进行设计及优化，仿真及试验结果表明正冲式流动方式可以获得更加均匀的压力、流速分布。
