磨料水射流加工整体式涡轮叶盘的研究

发布时间：2023-04-22 15:54

　　整体式涡轮叶盘是航空发动机最为核心的零件。而整体叶盘由一些具有不规则自由曲面形状的叶片周期性排列而成,其叶片型面的设计和制造水平在很大的程度上决定了发动机的性能。因此关于叶片的加工是生产制造中的难点和重点所在,其中在整体叶盘的通道粗加工中材料的去除量占有整个叶盘完整加工过程中的大部分材料去除量。因此,采用一个高效率和高成形质量的粗加工方法在整个涡轮叶盘的加工过程中至关重要。本课题采用具有对加工材料无选择性,无热响应对材料性能无物化影响的新型射流加工方法——磨料水射流,研究以该工艺对整体式涡轮叶盘的粗加工方法。本文首先针对整体式涡轮叶盘叶片的自由曲面,进行了关于其曲面特征的几何特点进行了分析。并建立了其近似的几何模型,通过该模型利用微分几何的相关知识结合计算机图形学的方法。分析了叶片曲面的几何特征,基于该特征,提出了加工整体式涡轮叶盘叶片曲面的数学几何判据,并利用该判据针对叶片曲面进行了分析,提出了适用于磨料水射流加工特点的两种叶片曲面加工策略。即以切向加工为主的凸面曲线切向加工以及以控制材料去除率为主的铣削加工策略。并以此来对模型进行了改进,改进后的模型其曲面的性质要更适合于磨料水射流...

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 磨料水射流加工技术研究现状
        1.1.1 磨料水射流加工技术简介
        1.1.2 磨料水射流铣削、车削、钻削及复合加工
    1.2 磨料水射流加工机理研究现状
    1.3 涡轮叶盘加工技术研究现状
        1.3.1 涡轮叶盘加工的难点
        1.3.2 涡轮叶盘加工技术研究现状
    1.4 存在的问题
    1.5 本文研究的目的、意义和主要研究内容
        1.5.1 本文研究的目的和意义
        1.5.2 主要研究内容
第2章 磨料水射流加工整体式涡轮叶盘加工策略
    2.1 整体式涡轮叶盘叶片曲面的几何特征分析
        2.1.1 整体式涡轮叶盘的结构特点分析
        2.1.2 整体式涡轮叶盘几何建模
    2.2 基于微分几何曲线曲面论的涡轮叶片曲面特征分类
    2.3 磨料水射流加工整体式涡轮叶盘的几何判据及加工策略
    2.4 涡轮叶片曲面加工工艺模型
    2.5 本章小结
第3章 磨料水射流加工涡轮叶片凸面的加工仿真和实验
    3.1 磨料水射流加工涡轮叶片凸面几何学及运动学原理
    3.2 直纹涡轮叶片和扭转非直纹曲面叶片的加工仿真
        3.2.1 基于SolidWorks二次开发的加工仿真方法
        3.2.2 曲面切线切割加工方式的仿真
    3.3 磨料水射流加工直纹面曲面的实验
        3.3.1 实验条件和设备
        3.3.2 曲面切线切割实验的结果及分析
    3.4 面向加工质量的加工模型优化
    3.5 本章小结
第4章 磨料水射流材料去除率模型研究
    4.1 磨料水射流冲蚀过程有限元仿真
        4.1.1 单颗粒磨料冲蚀模型
        4.1.2 多颗粒磨料冲蚀模型
    4.2 磨料水射流单因素实验研究
        4.2.1 实验方案
        4.2.2 工艺参数对材料去除率的影响
    4.3 材料去除率正交实验研究
        4.3.1 实验方案设计
        4.3.2 正交实验的结果及分析
    4.4 材料去除率预测模型
    4.5 曲面创成机理研究
    4.6 本章小结
第5章 整体式涡轮叶盘的加工路径规划及仿真
    5.1 叶轮叶片自由曲面切割路径规划
        5.1.1 路径生成的基本原理
        5.1.2 整体式叶盘的无干涉射流切割仿真
    5.2 整体式涡轮叶盘磨料水射流加工路径生成
        5.2.1 叶轮加工路径生成中的关键问题
        5.2.2 叶轮的加工路径生成
    5.3 本章小结
结论和展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果及获得的奖励
致谢
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3797953