镍基合金螺旋铣孔加工质量及动力学研究

发布时间：2020-08-11 13:38

【摘要】：镍基高温合金作为制造航空发动机耐高温零部件的重要材料,其机加工质量特别是制孔质量的高低将直接决定发动机能否满足在高温高压的严酷环境下稳定高效的工作。但镍基合金作为典型的难加工材料,制孔十分困难,常规钻孔难以保证孔加工质量且制孔效率低下。本文针对典型航空难加工材料镍基高温合金,尝试采用新的高效制孔工艺螺旋铣孔进行加工,开展了镍基合金螺旋铣孔加工质量及动力学研究。基于螺旋铣孔的三个主要加工参数(主轴转速n,切向每齿进给量st,螺距ap)设计了三因素三水平的正交试验来探索螺旋铣孔加工镍基合金的可行性。从尺寸精度和表面质量两方面对试验制孔进行了检测和分析,获得了切削参数对孔径、圆度偏差,表面粗糙度Ra的影响规律以及制孔出入口质量,孔壁表层显微硬度及残余应力变化情况。结果表明螺旋铣孔工艺能够提高镍基合金制孔的加工质量,在加工镍基合金时替代常规钻孔工是可行的。从螺旋铣孔的运动学和未变形切屑形状入手分析了螺旋铣孔的切削机理;之后采用将铣刀切削刃分为侧刃和底刃并将侧刃进行离散化处理的建模思路建立了螺旋铣孔切削力解析模型,并在模型中考虑了刀具R角、刀具螺旋角i0和刀具侧刃轴向切深ap*的变化;推导了试验法快速标定螺旋铣孔切削力系数的计算方法,并通过螺旋铣孔切削力系数辨识试验识别了所需的8个切削力系数;最后通过试验验证了切削力模型的正确性和准确性。在切削力建模的基础上,建立了考虑刀具R角和侧刃轴向切深ap*变化的螺旋铣孔动态切削厚度、动态切削力模型,建立了螺旋铣孔的两自由度动力学模型;采用时域全离散法进行了镍基合金螺旋铣孔稳定性的分析和预测;之后通过锤击试验获取了系统的模态参数,仿真计算获得了颤振稳定域叶瓣图(lobe图);最后通过稳定性试验验证了稳定性叶瓣图的准确性,试验结果也表明螺旋铣孔工艺在加工镍基高温合金时具有较大的铣削稳定区,铣削过程非常平稳,不易发生颤振。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V263;TG54;TG132.3
【图文】：

示意图,螺旋铣,孔加工,示意图

１．３．１螺旋铣孔切削原理研究逡逑螺旋铣孔技术是近年来新提出的一种钻铣结合的新型孔加工工艺，其加工逡逑原理如图１＿２所示。加工时由一把直径小于孔径的铣刀在高速自转的同时沿螺旋逡逑路径向下进给来完成制孔，切削过程由刀具侧刃和底刃共同完成。逡逑７７逡逑刀具逡逑／ｍ７］逡逑Ｗｍｙ逡逑ｏ邋ｘ邋，逦，逡逑图１－２螺旋铣孔加工示意图逡逑４逡逑

温度分布,螺旋铣,轴向力,主要原因

导致螺旋铣孔中裂纹扩展和分层开始的临界轴向力模型。并依据由刀具的偏心逡逑设置导致的轴向载荷的偏心分布和由刀具切向移动导致的材料的滑移，分析了逡逑加工过程中影响ＣＦＲＰ材料分层的主要因素（图１－３）。逡逑１—逡逑图１－３轴向力是导致分层的主要原因（ａ）传统钻孔（ｂ）螺旋铣孔１２８１逡逑许多学者也开展了对螺旋铣孔切削温度的研究。作为比起常规钻孔更具优逡逑势的制孔方式，螺旋铣孔在制孔时由于高温产生的孔缺陷要比常规钻孔减少许逡逑多。Ｂ．Ｗａｎｇ等网对ＣＦＲＰ－Ｔｉ材料螺旋铣孔和传统钻孔的加工温度进行了比较，逡逑结果显示与传统钻孔相比，螺旋铣孔温度下降了邋３６．３％以上。在常规钻孔时，使逡逑不使用真空除尘系统对温度的影响很小，而在螺旋铣孔时，真空除尘可以降低逡逑１４％的切削区域温度。Ｅ．Ｂｒｉｎｋｓｍｅｉｅｒ等１３１）１对加工Ａｌ－ＣＦＲＰ－Ｔｉ叠层材料时钻孔的逡逑轴向力、温度与螺旋铣孔时的轴向力、温度进行了比较，结果发现当从Ａｌ、ＣＦＲＰ逡逑层钻入Ｔｉ层时，平均进给力显著增加，常规钻孔的切削温度要显著高于螺旋铣逡逑孔。特别是当常规钻孔从ＣＦＲＰ层钻入Ｔｉ层时，温度会显著提高。．丨Nｉｕ等ｗ建逡逑立了一个传热模型来研究螺旋铣孔过程中ＣＦＲＰ工件内的温度分布。通过对该逡逑传热模型的实验测试

孔刀具,螺旋铣

逦２．８０？３．３０逦４．７５？５．５０逦０．３０？０．７０逦０．７５？１＿１５逦其余逡逑试验用刀具为如图２－１所示的ＳＥＣＯ生产的＊ＪＨ９１００８０Ｒ０２０－ＴＲ１ＢＯＮ三刃整逡逑体硬质合金螺旋立洗刀，总长６０ｍｍ，刃长１５ｍｍ，刀具螺旋角为４０°。直径８ｍｍ，逡逑圆角半径0．２ｍｍ。逡逑图２－１螺旋铣孔刀具逡逑试验用机床为大宇ＡＣＥ－５００三轴立式加工中心，主轴最高转速为１邋ＯＯＯＯｒｐｍ，逡逑最大进给速度为８０００ｍｍ／ｍｉｎ。逡逑９逡逑

【相似文献】