高溫鎳基合金冷卻孔電解加工流場動力學(xué)CFD分析研究.pdf

1、分類號：TG662單位代碼：10433密級：公開公開學(xué)號：14501120293山東理工大學(xué)山東理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文高溫鎳基合金冷卻孔電解加工流場動力高溫鎳基合金冷卻孔電解加工流場動力學(xué)CFD分析研究分析研究CFDAnalysisofFluidFieldfElectrochemicalMachiningCoolingHolesofNickelbasedSuperalloy研究生：路文文指導(dǎo)教師：李志永李志永教授教授學(xué)位類別：工程碩士

2、專業(yè)領(lǐng)域：機(jī)械工程研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)與裝備先進(jìn)制造技術(shù)與裝備論文完成日期：2017年4月20日山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要I摘要管電極電解加工冷卻孔成形規(guī)律不僅受電場、電化學(xué)溶解場影響，還與電解液流場相關(guān)。在研究管電極電解加工冷卻孔成形規(guī)律時(shí)，應(yīng)考慮流場影響作用才能反映出比較符合實(shí)際工況的冷卻孔電解加工特性。本文以高溫鎳基合金Inconel718板材為工件材料，以Φ0.9mm～Φ1.6mm直徑范圍的航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片冷卻孔為研究對象

3、，基于管電極電解加工冷卻孔基礎(chǔ)工藝試驗(yàn)及結(jié)果數(shù)據(jù)，構(gòu)建冷卻孔加工區(qū)域真實(shí)三維流場模型并對其進(jìn)行CFD數(shù)值模擬仿真分析。針對目前存在的流場分布對冷卻孔電解加工影響規(guī)律不明朗問題，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：1.依據(jù)電解加工基本原理，結(jié)合管電極電解加工特點(diǎn)，從電解液入口壓力P、加工電壓U及電極進(jìn)給速度f三個(gè)方面進(jìn)行了冷卻孔正交及單因素試驗(yàn)，為流場CFD分析提供建模數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。試驗(yàn)結(jié)果分析表明：電解液入口壓力P、加工電壓U及電極進(jìn)給速度f三加工參數(shù)

4、對冷卻孔成形精度有直接影響。三者對冷卻孔側(cè)面間隙的影響作用從大到小依次為：f、U、P；對加工蝕除率影響大小依次為：U、P、f。2.基于管電極電解加工冷卻孔流場氣液兩相流特性，對加工區(qū)域內(nèi)氣液兩相流模型進(jìn)行了COMSOL流場仿真，模擬出了不同電解加工時(shí)間下流場氣相、液相分布。仿真結(jié)果表明：加工區(qū)域內(nèi)流場氣相不均布。氣相不均布導(dǎo)致電解液電導(dǎo)率變化，從而對冷卻孔成形精度產(chǎn)生影響。3.對不同加工參數(shù)組合下試驗(yàn)所得冷卻孔分批次進(jìn)行了切片處理，通過

5、AxioLab.A1金相顯微鏡逐層觀察切削后冷卻孔表面微觀形貌并測量冷卻孔孔徑幾何尺寸，采用CAD重構(gòu)技術(shù)逐層復(fù)原了冷卻孔真實(shí)三維加工區(qū)域流場幾何模型。基于氣液兩相流動特性，利用FLUENT對該流場進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真分析。通過分析不同加工參數(shù)下加工區(qū)域內(nèi)流體速度、壓力及渦流分布場云圖，定性研究了不同加工參數(shù)與流場基本關(guān)系。并對分析結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。通過CFD分析得出以下結(jié)論：電解液入口壓力P對流體流速及速度場分布影響顯著；加工電壓U對

6、流體渦流場分布有敏感關(guān)系，U=9V時(shí)，渦流分布區(qū)域較少，渦流分布均勻；適中的電極進(jìn)給速度f可明顯改善電解液流場壓力分布狀態(tài)，使負(fù)壓區(qū)域面積為零。結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證，確定了在不同P下所匹配的U和f，優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)P=0.3MPa時(shí)，選用U=9V和f=0.54mmmin；當(dāng)P=0.4MPa時(shí)，選用U=9V及f=0.42mmmin；當(dāng)P=0.5MPa時(shí)，選用U=9V及f=0.30mmmin。以上三組優(yōu)化試驗(yàn)加工穩(wěn)定性好，冷卻孔單邊間隙均小于1