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高温合金预旋流喷嘴激光增材制造技术研究获进展

核心提示: 喷嘴具有结构精密、技术要求高、制造工艺复杂等特点,其典型特征包括微孔、微槽、微锥等。喷嘴关键零件(如副喷口、旋流芯、柱塞等)的尺寸结构一致性、尺寸配合精度等特性都对民用发动机燃烧室的工作性能、燃烧效率及可靠性有直接且重大的影响。

喷嘴具有结构精密、技术要求高、制造工艺复杂等特点,其典型特征包括微孔、微槽、微锥等。喷嘴关键零件(如副喷口、旋流芯、柱塞等)的尺寸结构一致性、尺寸配合精度等特性都对民用发动机燃烧室的工作性能、燃烧效率及可靠性有直接且重大的影响。

目前我国在制造一致性、加工效率、测量精度、测试方法和生产成本控制等方面与国外存在较大的差距,尚无法突破喷嘴全研制流程中从工作机理研究到关键件的确定性制造与精密检测、再到局部或整体性能的精密测试与准确分析等各环节的瓶颈。既有的喷嘴研制试验体系已无法满足喷嘴快速研制的需要,中国科学院工程热物理研究所的新技术实验室拟发展的技术体系将喷嘴优化设计、增材制造、后处理与检测融为一体,开展基于增材制造技术的一体化轻量化拓扑优化设计、激光选区熔化工艺设计与成形、增材制造后处理与检测等技术研究,掌握基于增材制造的结构优化设计方法,建立高温合金激光选区熔化工艺数据库,完成激光选区熔化共性技术研究。

面向增材制造工艺的预旋流喷嘴优化设计技术

在对喷嘴的性能、功能等要求的充分调研基础上,新技术实验室从工艺、效率、成本及服役环境等多角度出发,明确其受载状态,对喷嘴壳体原有的5个部件进行整体设计,并对一体化后的零件做了多种拓扑优化方案,选取满足理论计算性能要求的3种优化结果。

高性能金属构件激光选区熔化控形控性技术

开展航空发动机预旋流喷嘴激光选区熔化增材制造工艺设计,包含工艺路线规划、工艺参数影响分析、工艺控形位姿设计、工艺支撑结构设计,并进行喷嘴零件的成形制造,验证优化设计结构的可加工性。

零件成形-工艺验证

为验证工艺支撑及烧结参数,新技术实验室分别成形了涡轮盘、旋流器、小燃机喷嘴等零件,并通过总结成形过程中的工艺问题,对支撑及烧结参数进行不断更改,形成了4种组合支撑结构。

该项目为所内其他设计部门提供了各种难加工件的优化设计及制造服务,提升了研究所在制造和工艺方面的能力。 

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责任编辑:实习编辑 张攀