三元流叶轮的数字化制造技术

发布时间：2017-08-23 17:35

  本文关键词：三元流叶轮的数字化制造技术

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【摘要】：三元流叶轮是一种具有复杂曲面的通道类零件,广泛应用于航空航天、水利水电、化工、冶金、能动等领域。航空航天方面,一台航空发动机中含有多级叶轮,二元流叶轮也是液体火箭发动机的关键零件之一。民用工业方面,三元流叶轮在水轮机、汽轮机、膨胀机、泵、风机、压缩机等设备中都有所应用,三元流叶轮也是汽车涡轮增压器的核心零件。不管是军用还是民用,三元流叶轮都有广阔的应用前景。叶轮的制造加工水平直接影响到设备的整体性能,特别是对于航空航天业,为提高发动机的性能,对叶轮制造的精度要求很高,而且叶轮通常在高温高压环境下工作,这就对叶轮的制造工艺提出了更加苛刻的要求。叶轮制造工艺经过不断地发展和改进,现在已经发展出了如电解加工、电火花加工、精密铸造、精密锻造、数控铣削加工等多种加工工艺。本文针对三元流叶轮提出了一种基于快速成型技术的数字化制造方法。以酚醛树脂覆膜砂和宝珠砂为成型材料,利用快速成型技术制作叶轮铸型,并铸造得到金属叶轮。同时探索了基于快速成型技术的叶轮型壳制造方法的可行性。最后对制作的叶轮精度进行了评价分析。本文以17叶三元流叶轮为例,设计了基于快速成型技术的铸型分型方案,详细说明了利用PIRP法、SLS法制作叶轮铸型的数据处理方法和加工工艺。探索了利用快速成形技术制作覆膜砂样件,利用样件制作水玻璃耐高温型壳,然后铸造得到金属叶轮样件的工艺流程。利用计算机辅助三维检测技术分别对用PIRP法、SLS法和型壳制造方法制作的叶轮金属样件进行了精度检测,检测结果表明显示PIRP法和SLS法叶片翘曲变形不明显,误差大部分在±0.5mm以内,壳型制造的叶轮尖角有翘曲变形。最后对三种制造方法得到的叶轮精度进行对比,并对壳型制造方法产生的翘曲变形进行了分析。
【关键词】：叶轮 数字化制造 快速成型 铸造
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 课题研究背景及意义9-13
• 1.1.1 三元流叶轮在航空航天上的应用9-11
• 1.1.2 三元流叶轮在民用工业上的应用11-13
• 1.2 国内外叶轮制造研究现状及发展趋势13-18
• 1.2.1 精密铸、锻造技术13-15
• 1.2.2 多轴数控铣削加工15-16
• 1.2.3 电火花加工16
• 1.2.4 电解加工16-17
• 1.2.5 精密焊接17-18
• 1.3 快速成型技术18-22
• 1.3.1 快速成型技术的基本概念18
• 1.3.2 快速成型技术的基本原理18
• 1.3.3 快速成型技术的分类18-22
• 1.3.4 快速成型技术的应用领域22
• 1.4 本文的主要研究内容22-24
• 2 叶轮几何构型及铸造方案24-30
• 2.1 三元流概念24-25
• 2.2 基于快速成型的铸件设计25-28
• 2.3 本章小结28-30
• 3 基于快速成型技术的叶轮制造30-55
• 3.1 基于PIRP法的叶轮制造30-39
• 3.1.1 PIRP法和设备简介30-32
• 3.1.2 铸型的分块和定位32-33
• 3.1.3 数据的处理33-34
• 3.1.4 叶轮铸型加工34-36
• 3.1.5 铸型后处理36-37
• 3.1.6 叶轮浇注37-39
• 3.2 基于SLS法的叶轮制造39-46
• 3.2.1 SLS法和设备简介40-42
• 3.2.2 铸型的分块和定位42-43
• 3.2.3 数据的处理43-44
• 3.2.4 叶轮铸型加工44-45
• 3.2.5 铸型后处理45-46
• 3.2.6 叶轮浇注46
• 3.3 叶轮的型壳制造工艺探索46-53
• 3.3.1 型壳制造工艺简介46-47
• 3.3.2 型壳制造材料47
• 3.3.3 型壳的制作47-53
• 3.3.4 叶轮浇注53
• 3.4 本章小结53-55
• 4 叶轮的精度评价55-64
• 4.1 计算机辅助三维检测介绍55-58
• 4.1.1 三维扫描的概念55-56
• 4.1.2 结构光三维扫描仪扫描原理56-58
• 4.2 叶轮计算机三维检测58-63
• 4.2.1 叶轮三维数据扫描58-60
• 4.2.2 叶轮三维检测60-63
• 4.3 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69

【参考文献】

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本文编号：726381