钛合金薄壁件铣削加工变形预测与参数优化研究

发布时间：2025-02-07 19:16

　　钛合金材料因具有优异的耐蚀性能、高强度、抗疲劳等显著优点,在航空航天领域得到越来越广泛的应用。但钛合金铣削时切削温度高、刀具磨损严重、材料热传导率低,使其极易在加工中发生变形,降低零件的加工精度。因此,针对钛合金薄壁C形件在侧铣精加工阶段产生的加工变形问题展开研究,利用有限元仿真技术和偏最小二乘回归算法,预测薄壁C形件的整体加工变形情况,并用实验验证预测模型的准确性,探索薄壁件铣削加工变形预测和加工参数优化的方法,以最高加工效率和最小加工变形为目标对薄壁C形件进行铣削参数优化,开发具有变形预测和参数优化功能的人机交互系统。具体研究工作如下:针对钛合金TC4有限元动态仿真中的铣削力预测问题,建立钛合金TC4铣削加工三维热力耦合有限元模型,研究铣削过程中的铣削力、温度、应力及应变分布,并进行铣削力实验,将仿真得到的铣削力值与实验值进行对比,以此来验证仿真模型的准确性。针对钛合金薄壁C形件有限元仿真中的变形预测问题,采用动态仿真和静力学仿真两种方法,对薄壁C形件的局部和整体结构进行加工变形预测,通过实验来验证和分析薄壁C形件的加工变形规律,并采用经实验验证的有限元静力学变形模型来计算出不同铣削...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 切削加工过程数值模拟的研究现状
        1.2.2 薄壁件加工变形有限元仿真的研究现状
        1.2.3 钛合金薄壁件加工变形预测方法研究现状
        1.2.4 切削参数优化的研究现状
    1.3 现有研究的不足
    1.4 课题来源及主要研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 本文研究的主要内容
第2章 钛合金铣削加工过程数值模拟
    2.1 基于热力耦合的有限元数值模拟关键性技术
        2.1.1 材料参数设置
        2.1.2 材料失效准则
        2.1.3 工件与刀具的接触摩擦模型
    2.2 三维有限元模型铣削过程动态仿真
        2.2.1 几何模型的建立及铣削参数设置
        2.2.2 模型的装配与网格的划分
        2.2.3 仿真结果及分析
    2.3 钛合金加工过程铣削力分析及实验验证
        2.3.1 实验设备与条件
        2.3.2 铣削力仿真模型验证
    2.4 本章小结
第3章 钛合金薄壁C形件铣削变形有限元模型的建立
    3.1 钛合金薄壁C形件三维铣削模型
    3.2 钛合金薄壁C形件有限元动态铣削加工变形仿真
        3.2.1 有限元动态铣削加工变形仿真流程
        3.2.2 建立几何模型和装配模型
        3.2.3 边界条件设置
        3.2.4 铣削力仿真结果分析
        3.2.5 加工变形仿真结果分析
    3.3 钛合金薄壁C形件有限元静力学铣削加工变形仿真
        3.3.1 有限元静力学仿真流程
        3.3.2 有限元模型的建立
        3.3.3 仿真加工变形结果分析
    3.4 钛合金加工过程铣削形变分析及实验验证
    3.5 本章小结
第4章 钛合金薄壁C形件铣削变形回归预测建模研究
    4.1 铣削变形预测模型的确定
    4.2 基于偏最小二乘回归理论的铣削变形预测模型
        4.2.1 偏最小二乘回归建模
        4.2.2 交叉有效性原则
        4.2.3 偏最小二乘回归模型在铣削变形预测中的应用
    4.3 模型检验
    4.4 本章小结
第5章 薄壁件加工过程铣削参数优化及系统开发
    5.1 基于遗传算法的铣削加工参数优化
        5.1.1 优化算法简介
        5.1.2 设计变量
        5.1.3 铣削参数优化模型的目标函数
        5.1.4 铣削参数优化模型的约束条件
        5.1.5 铣削参数优化求解
    5.2 参数优化效果验证
    5.3 薄壁件铣削加工参数优化系统开发
        5.3.1 预测系统需求分析
        5.3.2 钛合金薄壁件铣削参数优化GUI设计
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢



本文编号：4031175