中国机械工程 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (2): 398-405.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.015
• 机械基础工程 • 上一篇
王云淼1, 朱栋1(
), 焦尔豪1, 王欢2, 张超1,2, 王若龙1
收稿日期:2025-03-06
出版日期:2026-02-25
发布日期:2026-03-13
通讯作者:
朱栋
作者简介:王云淼,女,2000年生,硕士研究生。研究方向为电化学加工基金资助:
WANG Yunmiao1, ZHU Dong1(
), JIAO Erhao1, WANG Huan2, ZHANG Chao1,2, WANG Ruolong1
Received:2025-03-06
Online:2026-02-25
Published:2026-03-13
Contact:
ZHU Dong
摘要:
减小套形电解加工过程中的绝缘套变形是提高套形电解加工稳定性和精度的重要措施。提出了一种绝缘套优化方法。以弦长20 mm、叶片高度23 mm、叶片厚度0.54 mm的薄壁叶片为例,建立了不同绝缘套结构的工具阴极模型,开展了流固耦合仿真研究,优化了绝缘套加强筋结构参数。相比于无加强筋结构的绝缘套,优化后绝缘套最大变形量从0.261 mm减至0.020 mm,同时加工区域流速分布较为均匀。开展了绝缘套加强筋宽度为0、1、2、4.5 mm的薄壁叶片套形电解加工试验,加工出薄壁叶片,相比于无加强筋结构的绝缘套,加强筋宽度为4.5 mm时,加工叶片的表面粗糙度Ra从1.81 µm减至1.05 µm,验证了所提方法可有效减小绝缘套变形量,提高套形电解加工稳定性。
中图分类号:
王云淼, 朱栋, 焦尔豪, 王欢, 张超, 王若龙. 整体叶盘套形电解加工绝缘套优化方法研究[J]. 中国机械工程, 2026, 37(2): 398-405.
WANG Yunmiao, ZHU Dong, JIAO Erhao, WANG Huan, ZHANG Chao, WANG Ruolong. Optimization Method of Insulating Sleeves in Electrochemical Trepanning for Disks[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(2): 398-405.
| 因素 | 水平1 | 水平2 | 水平3 | 水平4 | 水平5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 加强筋个数 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 加强筋宽度/mm | 0.50 | 1.25 | 2.00 | 2.75 | 3.50 |
| 加强筋位置/mm | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
表1 正交因素及水平
Tab.1 Orthogonal factors and levels
| 因素 | 水平1 | 水平2 | 水平3 | 水平4 | 水平5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 加强筋个数 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 加强筋宽度/mm | 0.50 | 1.25 | 2.00 | 2.75 | 3.50 |
| 加强筋位置/mm | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
编 号 | 加强筋个数 | 加强筋 宽度/mm | 加强筋 位置/mm | 绝缘套 变形量/mm | 低流速点占比/% | 综合 评价 指标 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0.50 | 0 | 0.261 | 2.69 | 6.97 |
| 2 | 0 | 1.25 | 10 | 0.261 | 2.69 | 6.96 |
| 3 | 0 | 2.00 | 20 | 0.119 | 3.10 | 3.49 |
| 4 | 0 | 2.75 | 5 | 0.261 | 2.69 | 7.24 |
| 5 | 0 | 3.50 | 15 | 0.261 | 2.69 | 5.45 |
| 6 | 1 | 0.50 | 20 | 0.301 | 2.49 | 6.98 |
| 7 | 1 | 1.25 | 5 | 0.246 | 2.18 | 6.51 |
| 8 | 1 | 2.00 | 15 | 0.260 | 2.76 | 6.61 |
| 9 | 1 | 2.75 | 0 | 0.177 | 3.03 | 6.67 |
| 10 | 1 | 3.50 | 10 | 0.240 | 2.99 | 2.85 |
| 11 | 2 | 0.50 | 15 | 0.280 | 2.68 | 6.96 |
| 12 | 2 | 1.25 | 0 | 0.207 | 2.32 | 7.95 |
| 13 | 2 | 2.00 | 10 | 0.254 | 2.88 | 6.82 |
| 14 | 2 | 2.75 | 20 | 0.249 | 2.27 | 4.57 |
| 15 | 2 | 3.50 | 5 | 0.119 | 3.10 | 7.11 |
| 16 | 3 | 0.50 | 10 | 0.248 | 2.85 | 6.99 |
| 17 | 3 | 1.25 | 20 | 0.271 | 2.75 | 6.49 |
| 18 | 3 | 2.00 | 5 | 0.230 | 3.65 | 5.55 |
| 19 | 3 | 2.75 | 15 | 0.251 | 3.75 | 6.90 |
| 20 | 3 | 3.50 | 0 | 0.122 | 9.10 | 6.58 |
| 21 | 4 | 0.50 | 5 | 0.247 | 2.46 | 6.96 |
| 22 | 4 | 1.25 | 15 | 0.264 | 3.07 | 4.93 |
| 23 | 4 | 2.00 | 0 | 0.081 | 4.90 | 7.44 |
| 24 | 4 | 2.75 | 10 | 0.179 | 5.76 | 6.36 |
| 25 | 4 | 3.50 | 20 | 0.231 | 6.64 | 6.88 |
表2 三因素五水平正交表及仿真结果汇总
Tab.2 Three-factor, five-level orthogonal table and summary of simulation results
编 号 | 加强筋个数 | 加强筋 宽度/mm | 加强筋 位置/mm | 绝缘套 变形量/mm | 低流速点占比/% | 综合 评价 指标 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0.50 | 0 | 0.261 | 2.69 | 6.97 |
| 2 | 0 | 1.25 | 10 | 0.261 | 2.69 | 6.96 |
| 3 | 0 | 2.00 | 20 | 0.119 | 3.10 | 3.49 |
| 4 | 0 | 2.75 | 5 | 0.261 | 2.69 | 7.24 |
| 5 | 0 | 3.50 | 15 | 0.261 | 2.69 | 5.45 |
| 6 | 1 | 0.50 | 20 | 0.301 | 2.49 | 6.98 |
| 7 | 1 | 1.25 | 5 | 0.246 | 2.18 | 6.51 |
| 8 | 1 | 2.00 | 15 | 0.260 | 2.76 | 6.61 |
| 9 | 1 | 2.75 | 0 | 0.177 | 3.03 | 6.67 |
| 10 | 1 | 3.50 | 10 | 0.240 | 2.99 | 2.85 |
| 11 | 2 | 0.50 | 15 | 0.280 | 2.68 | 6.96 |
| 12 | 2 | 1.25 | 0 | 0.207 | 2.32 | 7.95 |
| 13 | 2 | 2.00 | 10 | 0.254 | 2.88 | 6.82 |
| 14 | 2 | 2.75 | 20 | 0.249 | 2.27 | 4.57 |
| 15 | 2 | 3.50 | 5 | 0.119 | 3.10 | 7.11 |
| 16 | 3 | 0.50 | 10 | 0.248 | 2.85 | 6.99 |
| 17 | 3 | 1.25 | 20 | 0.271 | 2.75 | 6.49 |
| 18 | 3 | 2.00 | 5 | 0.230 | 3.65 | 5.55 |
| 19 | 3 | 2.75 | 15 | 0.251 | 3.75 | 6.90 |
| 20 | 3 | 3.50 | 0 | 0.122 | 9.10 | 6.58 |
| 21 | 4 | 0.50 | 5 | 0.247 | 2.46 | 6.96 |
| 22 | 4 | 1.25 | 15 | 0.264 | 3.07 | 4.93 |
| 23 | 4 | 2.00 | 0 | 0.081 | 4.90 | 7.44 |
| 24 | 4 | 2.75 | 10 | 0.179 | 5.76 | 6.36 |
| 25 | 4 | 3.50 | 20 | 0.231 | 6.64 | 6.88 |
| 加强筋个数 | 加强筋宽度/mm | 加强筋位置/mm | |
|---|---|---|---|
| k1 | 6.97 | 7.12 | 4.97 |
| k2 | 6.57 | 6.67 | 5.98 |
| k3 | 5.98 | 5.99 | 6.48 |
| k4 | 6.35 | 6.17 | 7.08 |
| k5 | 5.77 | 5.68 | 7.13 |
| R | 1.20 | 1.44 | 2.16 |
表3 综合评价指标极差分析
Tab.3 Range analysis of comprehensive evaluation indicator
| 加强筋个数 | 加强筋宽度/mm | 加强筋位置/mm | |
|---|---|---|---|
| k1 | 6.97 | 7.12 | 4.97 |
| k2 | 6.57 | 6.67 | 5.98 |
| k3 | 5.98 | 5.99 | 6.48 |
| k4 | 6.35 | 6.17 | 7.08 |
| k5 | 5.77 | 5.68 | 7.13 |
| R | 1.20 | 1.44 | 2.16 |
| 电解液 | 20%NaNO3水溶液 |
|---|---|
| 电解液温度/°C | 30 |
| 进给速度/(mm·min | 2.1 |
| 初始加工间隙/mm | 0.5 |
| 电解液入口压力/MPa | 1 |
| 电解液出口压力/MPa | 0 |
| 加工电压/V | 20 |
表4 薄壁叶片套形电解加工参数
Tab.4 Electrochemical trepanning parameters for thin-walled blades
| 电解液 | 20%NaNO3水溶液 |
|---|---|
| 电解液温度/°C | 30 |
| 进给速度/(mm·min | 2.1 |
| 初始加工间隙/mm | 0.5 |
| 电解液入口压力/MPa | 1 |
| 电解液出口压力/MPa | 0 |
| 加工电压/V | 20 |
| 加强筋宽度d/mm | 粗糙度Ra/µm |
|---|---|
| 0 | 1.81 |
| 1 | 1.57 |
| 2 | 1.26 |
| 4.5 | 1.05 |
表5 不同加强筋宽度下加工叶片粗糙度
Tab.5 Surface roughness of blades machined with different reinforcement rib widths
| 加强筋宽度d/mm | 粗糙度Ra/µm |
|---|---|
| 0 | 1.81 |
| 1 | 1.57 |
| 2 | 1.26 |
| 4.5 | 1.05 |
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