基于等幾何法的葉片電解加工過程仿真方法研究*

萬 能 ，段永吉 ，張森堂 ，杜 珂

（1.西北工業(yè)大學現(xiàn)代設計與集成制造技術(shù)教育部重點實驗室，西安 710072；2.中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，沈陽 110043）

電解加工以其加工效率高、加工表面質(zhì)量好、不產(chǎn)生殘余應力等優(yōu)勢成為葉片加工的重要特種加工方法。由于電解加工的成形機理復雜，試驗成本高，工具電極的設計難度大，需要反復試驗修正。因此有必要在計算機中預先進行加工過程仿真。不同工況下，葉片電解加工過程仿真可以減少批量生產(chǎn)前的試制時間和成本。目前，常用的電解加工過程仿真與陰極優(yōu)化設計的數(shù)值計算方法主要基于有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）和邊界元法（BEM）。Purcar[1-2]提出應用邊界元法仿真電解加工過程中的陽極工件變化，利用解算網(wǎng)格單元節(jié)點沿電流密度方向的移動速率獲得陽極的形狀變化。Kozak[3-5]提出了穩(wěn)態(tài)條件下電解加工的電場數(shù)學模型，指出平衡狀態(tài)下陰陽極間隙與電勢差、電導率之間的經(jīng)驗關(guān)系。Drake[6]采用數(shù)值方法仿真了不同溫度、壓力和電解液流速等情況下電解過程的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)情況。Buoni[7-8]等使用有限元法離散一個任意的空間區(qū)域，求解每一個瞬時的電場分布。朱荻院士[9-11]團隊也提出了在三維環(huán)境下基于有限元法進行陰極設計的方法，并將方法應用于壓氣機葉片加工的陰極設計中，但應用有限元法降低了優(yōu)化效率和計算精度。但上述研究方法的不足是，因為幾何建模與數(shù)值分析模型采用不同數(shù)學描述方法，兩者之間需要相互轉(zhuǎn)換，所以有如下問題：（1）分析模型的準備時間長，轉(zhuǎn)換常出現(xiàn)模型質(zhì)量不好的現(xiàn)象；……