钛合金空心风扇叶片加工变形及误差补偿研究

发布时间：2017-11-09 15:13

本文关键词：钛合金空心风扇叶片加工变形及误差补偿研究

【摘要】：钛合金空心风扇叶片是航空涡轮风扇发动机的核心部件之一,其加工精度对发动机的推重比、耗油率和使用寿命有重要的影响。空心风扇叶片经超塑成形/扩散连接工艺制造而成,由于超塑成形/扩散连接技术很难一次性制造出满足外形精度要求的叶片,还需要采用数控加工的方式对叶片进行加工。在超塑成形/扩散连接工艺中,伴随多重热循环,叶片内部会产生残余应力,材料在去除过程中内应力会释放并重新分布。同时,叶片由空心桁架结构和实体结构混合而成致使刚度特性强弱相间。在叶片加工过程中,以上两个因素会导致加工变形,难以满足加工精度。本课题从残余应力状态评估、装夹变形、加工变形和误差补偿等方面进行了研究。完成的主要工作包括:(1)在残余应力测量试验中,根据有限元标定法,计算了盲孔法在特定测量条件的应变释放系数。运用盲孔法与X射线衍射法测量了钛合金空心叶片试样的残余应力。针对叶片平板试验件的几何外形,使用通孔法与盲孔法分别测量叶身、叶尖和叶根的残余应力,得到了平板试验件各个位置的残余应力大小与分布规律。(2)在钛合金空心风扇叶片装夹策略研究中,分析了不同装夹顺序和夹紧力对叶片装夹变形的影响。仿真结果表明:通过优化装夹顺序和夹紧力的大小可以有效降低装夹变形。(3)在叶片平板试验件的加工变形研究中,分别使用有限元仿真法与试验法分析残余应力释放与重新分布、刚度强弱相间对加工变形的影响。在有限元仿真分析中,基于Abaqus软件的脚本结构,使用Python语言编写脚本程序,实现网格单元跟随刀具轨迹自动切除。在铣削试验中,分别使用三坐标机测量法和在机测量法测量试验件的加工变形量。仿真与试验结果表明:平板试验件强弱相间的刚度特性是产生加工变形的主要原因。(4)在平板试验件加工预报模型的研究中,以有限元仿真的结果作为训练与测试样本,运用BP神经网络算法获得铣削参数与加工变形量之间的非线性关系,建立叶片平板试验件的加工预报模型。(5)基于离线误差补偿原理,根据有限元仿真与神经网络算法输出的加工变形结果,编写C++离线补偿程序,对刀具轨迹进行离线补偿。刀具轨迹经离线补偿后,试验件的加工变形量得到了有效的控制。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V263.1

【参考文献】

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1 秦国华;赵旭亮;吴竹溪;;基于神经网络与遗传算法的薄壁件多重装夹布局优化[J];机械工程学报;2015年01期

2 陆业航;张杰;吴冰;李众城;;铸造TC4钛合金电子束焊残余应力测试[J];理化检验(物理分册);2013年11期

3 董久虎;谌永祥;李双跃;毛鹏枭;;薄壁叶片加工变形误差补偿[J];机械设计与研究;2013年04期

4 刘业胜;曹玮;郭福水;柴象海;;钛合金空心风扇叶片加工误差对其性能影响的初步分析[J];航空制造技术;2013年16期

5 秦国华;张运建;叶海潮;;基于神经网络的薄壁件加工变形预测方法[J];兵工学报;2013年07期

6 李继博;张定华;吴宝海;刘维伟;;薄壁叶片精密加工装夹方案设计与优化[J];中国机械工程;2012年11期

7 王庆明;孙渊;;残余应力测试技术的进展与动向[J];机电工程;2011年01期

8 刘建勋;魏东;刘成武;杨军良;;航空发动机叶片残余应力监测及安全评定研究[J];科学技术与工程;2009年11期

9 郑卜祥;宋永伦;席峰;张万春;闫志鸿;;对接焊铝合金板材残余应力的X射线测试[J];机械工程学报;2009年03期

10 刘一华;贺峗晖;詹春晓;李昊;;盲孔法中释放系数的数值计算方法[J];机械强度;2008年01期