叶片类扭曲曲面薄壁件铣削加工变形仿真与实验研究

发布时间：2017-05-05 13:13

  本文关键词：叶片类扭曲曲面薄壁件铣削加工变形仿真与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航空发动机作为飞机的心脏，其工作过程中的安全可靠性成为现代飞机战术性能提高及服役寿命延长的重要前提。伴随着一代代高性能新型航空发动机的不断出现，发动机的制造技术亦不断快速发展，而叶片制造技术的改进是其最显著的体现之一。 本文针对航空发动机叶片加工过程中的受力变形问题，提出基于数控仿真无干涉刀具轨迹进行载荷加载的动态有限元仿真分析方法，预测叶片的加工型面精度及表面质量，并进行误差补偿，以达到减小加工变形误差并提高加工质量的目的。 首先，，为了实现动态仿真过程铣削力载荷的正确施加，须对叶片曲面进行Gauss曲率分析，借助UG软件的数控仿真模块生成叶片加工无干涉刀具轨迹，并基于Oxley理论计算铣削力，为仿真分析的进行奠定理论基础。 其次，对叶片铣削过程进行动态有限元仿真模拟。建立Johnson-Cook材料本构模型及剪切失效准则模型，通过采用侧面铣、翻面铣及螺旋铣三种铣削方案对叶片进行铣削过程模拟，研究叶片表面残余应力及加工变形情况，优选铣削方案。 再次，采用优选的铣削方案，对整体叶盘叶片进行铣削加工仿真。通过进行单因素铣削用量的加工模拟，分析研究铣削参数对叶片加工型面精度及表面质量的影响规律。 最后，基于仿真分析所得变形结果对整体叶盘叶片进行多次循环反变形误差补偿，保证叶片的变形误差在设计公差范围以内。并通过相关铣削加工实验，验证有限元仿真方法的正确性及有效性。
【关键词】：叶片 刀具轨迹 有限元仿真 加工变形 误差补偿
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V261.23;V232.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 叶片材料的发展现状13-14
• 1.2.2 叶片加工技术的发展现状14-15
• 1.2.3 变形预测与补偿技术的研究现状15-16
• 1.3 论文研究内容与章节安排16-18
• 1.3.1 论文研究内容16-17
• 1.3.2 论文章节安排17-18
• 第2章 无干涉刀具轨迹生成及铣削力计算18-29
• 2.1 前言18
• 2.2 叶片结构及加工技术要求18-19
• 2.3 叶片加工误差产生原因及控制策略19-22
• 2.4 叶片加工轨迹规划22-24
• 2.4.1 叶片曲面曲率分析22-23
• 2.4.2 生成无干涉刀具轨迹23-24
• 2.5 铣削力计算24-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 铣削方式对叶片加工变形的影响规律29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 叶片铣削加工有限元模拟关键技术29-31
• 3.2.1 材料本构模型的建立29-30
• 3.2.2 剪切失效准则30-31
• 3.2.3 网格划分与边界条件定义31
• 3.3 叶片铣削过程及结果分析31-37
• 3.3.1 叶片及刀具材料性质31-32
• 3.3.2 铣削方案确立及仿真过程32-33
• 3.3.3 铣削结果分析33-37
• 3.4 实验验证37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 铣削参数对叶片加工质量的影响40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 叶片加工质量的定义40-42
• 4.2.1 宏观型面尺寸误差40-41
• 4.2.2 微观表面完整性41-42
• 4.3 仿真铣削参数对叶片表面残余应力及表面粗糙度的影响42-46
• 4.3.1 铣削参数对叶片表面残余应力的影响42-44
• 4.3.2 铣削参数对叶片表面粗糙度的影响44-46
• 4.4 叶片加工变形规律46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 叶片变形误差补偿及实验验证49-60
• 5.1 引言49
• 5.2 误差补偿策略及方法49-50
• 5.3 刀位轨迹补偿方法50-52
• 5.4 曲线拟合及曲面重构52-54
• 5.5 有限元仿真验证54-55
• 5.6 实验验证55-59
• 5.6.1 实验所用材料及设备55-56
• 5.6.2 数控 NC 代码生成56
• 5.6.3 实验加工过程56-58
• 5.6.4 结果对比分析58-59
• 5.7 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文66

【参考文献】

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本文编号：346419