气射流辅助支撑钛合金薄壁结构件铣削加工动力学特性研究

发布时间：2020-10-17 07:14

　　 钛合金薄壁件因其质量轻、结构强度高等优点而被广泛用于航空航天领域。为了减轻质量并确保相应的强度和刚度,钛合金薄壁件在加工过程中具有较大的材料去除率,导致相对刚度低。因此,在夹紧力和切削力等多种因素的影响下,钛合金薄壁件在切削时容易发生加工变形和颤振,使得刀具磨损严重、工件表面质量恶化,难以有效保证加工质量和加工精度。切削力的不稳定是高速切削中钛合金薄壁件剧烈振动的主要原因。因此,通过研究减小加工过程中钛合金薄壁件切削力和切削振动的新方法,提高钛合金薄壁件的加工质量和加工精度,对实现高质量、高效率加工具有重要意义。本文研究了气射流辅助支撑对钛合金薄壁件铣削加工性能的影响。首先基于流体有限元分析相关理论,进行喷嘴内外气射流流场仿真,通过研究压力场、速度场,分析了喷嘴内外流场特性;设计单因素试验和正交试验,分析了不同气射流对钛合金薄壁件所受冲击力及变形的影响规律,比较了有、无气射流辅助支撑的钛合金薄壁件铣削试验,对比研究了有、无气射流冲击对钛合金薄壁件侧壁加工稳定性、加工质量和加工精度的影响。喷嘴内外气射流流场仿真是通过Ansys Fluent进行模拟的,通过分析喷嘴结构几何参数对喷嘴内压力场、速度场和喷嘴出口流体径向速度的影响规律,以及入口压力对喷嘴内、外压力场、速度场的影响规律,为优化喷嘴结构几何参数提供合理的依据。气射流冲击钛合金薄壁件动态特性试验是利用已获得的Fluent流体仿真求解结果,应用ANSYS Workbench协调仿真平台进行流体力学分析的,通过研究喷嘴结构几何参数及外部参数对钛合金薄壁件所受的气射流冲击力及变形的影响规律,并基于射流冲击力,对喷嘴结构几何参数、入口压力和靶距进行了优化。有、无气射流辅助支撑的钛合金薄壁件铣削试验对比分析了铣削过程中的振动加速度、切削力以及加工完成后侧壁厚度误差和表面粗糙度,最后验证了气射流辅助支撑确实可以提高钛合金薄壁件的加工精度和加工质量。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG54
【部分图文】：

计算机根据工件几何信息计算每个单元与工件自由曲面的相切点，转换成命令??后，控制每个定位支承单元来调整到所需的位置和高度，以形成加工工件表面相??对应的包络曲面。多点柔性工装如图１－２所示。??图１－２多点柔性智能工装加工??美国ＣＡＮ公司设计制造了?ＰＯＧＯ柔性工装系统［４８］，该系统所有单元按矩阵??排列，根据工件曲面形状，调整其末端真空吸盘位置，实现了飞行器大型薄壁件??的测量、铣削、装配。西班牙Ｍ．?Ｔｏｒｒｅｓ公司开发出ＴＯＲＲＥＳＴＯＯＬ多点柔性工??装系统［４９］，对飞机蒙皮、壁板、梁等进行定位、夹紧和支撑，来进行铣削和钻??孔。吉林大学［５（＂５２］采用多点成形的柔性工装，提高了板类零件成形、定位和支撑??的效率。北京航空航天大学［５３＇５４］对飞机蒙皮数字化成形技术进行了研究，开发??了相应的数字化成形工艺。清华大学［５５＿５８］开发了应用于飞行器大型薄壁件切削??加工的柔性工装系统，通过柔性定位支承，改善工件刚度，抑制了切削振动。??此外还有一些其他方法，如Ｚｅｎｇ［５９］对专用组合夹具进行了研究，有效的提??高了薄壁件加工刚度。Ｓｍｉｔｈ［６０］研宄牺牲结构预成型件来支撑所需薄壁件的加工

计算机根据工件几何信息计算每个单元与工件自由曲面的相切点，转换成命令??后，控制每个定位支承单元来调整到所需的位置和高度，以形成加工工件表面相??对应的包络曲面。多点柔性工装如图１－２所示。??图１－２多点柔性智能工装加工??美国ＣＡＮ公司设计制造了?ＰＯＧＯ柔性工装系统［４８］，该系统所有单元按矩阵??排列，根据工件曲面形状，调整其末端真空吸盘位置，实现了飞行器大型薄壁件??的测量、铣削、装配。西班牙Ｍ．?Ｔｏｒｒｅｓ公司开发出ＴＯＲＲＥＳＴＯＯＬ多点柔性工??装系统［４９］，对飞机蒙皮、壁板、梁等进行定位、夹紧和支撑，来进行铣削和钻??孔。吉林大学［５（＂５２］采用多点成形的柔性工装，提高了板类零件成形、定位和支撑??的效率。北京航空航天大学［５３＇５４］对飞机蒙皮数字化成形技术进行了研究，开发??了相应的数字化成形工艺。清华大学［５５＿５８］开发了应用于飞行器大型薄壁件切削??加工的柔性工装系统，通过柔性定位支承，改善工件刚度，抑制了切削振动。??此外还有一些其他方法，如Ｚｅｎｇ［５９］对专用组合夹具进行了研究，有效的提??高了薄壁件加工刚度。Ｓｍｉｔｈ［６０］研宄牺牲结构预成型件来支撑所需薄壁件的加工

（ａ）薄壁框类零件?（ｂ）叶片类零件??图１－３射流辅助支撑加工示意图??目前，射流技术在许多行业的应用已经十分成熟，但是国内外对射流的研究??主要集中在流场本身动态特性和冲击压力方面，而将射流辅助支撑应用到低刚度??薄壁件铣削加工的研究还很少。Ｒａｊａｒａｔｎａｍ［６ｌ］对水射流速度大小及分布进行了研??究。Ｌｅｕ［ｅ］等研究了射流结构以及流场速度与压力分布特性。Ｌｅａｃｈ［６３］、林府进［６４］、??田忠［６５］等对射流的冲击压力进行了研宄。周勇［６６］和吕彦明［％７（）］将水射流辅助支??撑分别应用到薄壁件洗削加工，利用脉冲射流产生的冲击力来抵消切削力，从而??抑制薄壁件加工方法。??１．６论文的研究目标和意义、研究内容以及总体框架??１．６．１论文的研究目标和意义??本文研宄钛合金薄壁件在原有刚度基础上，通过气射流冲击来辅助支撑钛合??金薄壁件铣削加工的可行性，以提高铣削刚度，减小加工变形和切削振动，最??终保证加工质量。本文的研究工作不仅能满足现场加工要求，还能为现场加工制??定科学的加工工艺，为薄壁件加工质量和加工效率的提高提供可行的研宄手段??和可借鉴的加工方法。??１．６．２论文研究内容??为了减小钛合金薄壁件加工变形和切削振动
【参考文献】

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本文编号：2844467