整体叶盘叶片自适应柔性抛光工艺参数优化研究

发布时间：2020-11-14 22:11

　　 整体叶盘是航空、航天、船海、能源等领域重大装备的核心部件,其加工表面质量问题极易诱发疲劳失效,导致发动机服役寿命缩短。整体叶盘铣削表面有明显的铣削残留高度和波峰波谷,需要采用抛光工艺提升表面质量。但是,抛光工艺主要采用人工抛光方法,人工抛光质量一致性差,效率低,不仅影响整体叶盘结构件的疲劳寿命,而且制约发动机的生产制造周期。本文采用“五轴数控+柔性磨头+弹性磨具”的抛光工艺,开展整体叶盘叶片自适应柔性抛光技术研究,建立高效可靠的抛光工艺方法,以提高整体叶盘表面质量和生产效率。为实现整体叶盘自适应柔性抛光表面粗糙度的预测与控制,本文以“五轴数控+柔性磨头+弹性磨具”为研究平台,以砂布轮为磨具,开展整体叶盘叶片自适应柔性抛光工艺参数优化研究,深入研究工艺参数对抛光力影响规律、面向表面粗糙度的工艺参数区间优化、表面粗糙度预测、效率优化等。论文的主要研究工作和主要结论如下:(1)提出了整体叶盘叶片自适应柔性抛光工艺方法。基于整体叶盘结构特点,分析试验平台“五轴数控+柔性磨头+弹性磨具(砂布轮)”的结构组成和工作原理;结合弹性磨具砂布轮的结构特点,提出整体叶盘叶片自适应柔性抛光工艺方法。(2)建立了抛光工艺参数对抛光力影响规律的预测模型。抛光力是影响抛光表面完整性的关键参数,确保抛光力大小均匀是实现自适应抛光的主要途径。通过单因素试验分析明确了砂布轮抛光力的影响参数及其影响规律,通过正交试验和极差法确定了抛光力的主要影响参数是砂布轮的压缩量和转速;通过对抛光力重复特性和材料切除量试验分析,选取了砂布轮转速和压缩量的二元二次回归正交旋转组合试验范围,利用该正交试验结果建立了抛光力预测模型;通过预测模型误差变化趋势分析,获得了影响抛光力的主要工艺参数稳定域。(3)基于表面粗糙度的工艺参数灵敏度和相对灵敏度概念,提出了工艺参数稳定域和非稳定域、优选区间和非优选区间的划分方法。通过正交试验,建立了面向表面粗糙度的工艺参数灵敏度和相对灵敏度数学模型,获得了砂布轮抛光工艺参数稳定域和优选区间,为工艺参数选择以及表面粗糙度控制提供了理论方法和试验依据。(4)建立了粗糙度比值预测模型。试验证明在同一抛光工艺参数下,抛光前后的叶片表面粗糙度在一定范围内呈比较显著的线性关系,抛光前后的叶片表面粗糙度比值能比较科学地反映抛光工艺参数的加工结果。基于正交中心组合试验结果建立了粗糙度比值预测模型,通过方差分析验证了该模型的显著性,采用响应面法计算得到了抛光工艺参数优化组合和优化比值;计算了优化比值的估计区间及其适应范围;通过抛光试验验证了粗糙度比值预测模型、优化参数和估计区间的可靠性。(5)对砂布轮抛光效率进行研究与优化。为了提高抛光效率,提出了抛光效率和临界抛光次数的概念,建立了抛光次数的两种计算方法。方法一是通过抛光次数与表面粗糙度的关系式求得当表面粗糙度等于0.4μm时的小于其临界值的抛光次数;方法二是在抛光过程中根据当前表面粗糙度大小选择效率相对最高的砂布轮抛光,计算出当表面粗糙度等于0.4μm时每个砂布轮抛光次数之和。通过灰色关联度分析了抛光工艺参数(抛光力、转速、粒度)对优化目标(表面粗糙度、抛光效率)的影响大小,并获得了优化的工艺参数组合。采用两种办法对抛光次数进行了计算,并通过试验结果证明了优化参数的可靠性。最后,对材料为TC4的某型发动机某级整体叶盘上编号为A、B、C、D的四个叶片进行抛光试验,验证了本文抛光工艺参数优化结果的可靠性。
【学位单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG580.692
【部分图文】：

图 1-1 复杂曲面构件在各领域的应用这些主要结构件通常工作在工况状态变化剧烈的恶劣条件下，承受着高压、高温腐蚀、高载荷，很容易产生疲劳失效，导致零件使用寿命降低，严重时导致重大事故些具有复杂曲面构件的成型加工大多采用球头铣刀与多坐标数控点切触、行切铣削法完成，其型面必然形成明显的波峰波谷、残留高度、啃刀痕迹和接刀痕迹，如图 1示。大量研究表明，疲劳失效 80%以上由表面加工缺陷，如切削刀痕、加工残余应态不均匀、表面烧伤、表面波纹、表层组织损伤等因素所致。可见，表面完整性是这些复杂曲面部件性能的关键因素，提高航空发动机叶片表面完整性是航空制造领待解决的关键科学问题之一。

图 1-1 复杂曲面构件在各领域的应用些主要结构件通常工作在工况状态变化剧烈的恶劣条件下，承受着高压、、高载荷，很容易产生疲劳失效，导致零件使用寿命降低，严重时导致重有复杂曲面构件的成型加工大多采用球头铣刀与多坐标数控点切触、行切成，其型面必然形成明显的波峰波谷、残留高度、啃刀痕迹和接刀痕迹，如大量研究表明，疲劳失效 80%以上由表面加工缺陷，如切削刀痕、加工残均匀、表面烧伤、表面波纹、表层组织损伤等因素所致。可见，表面完整复杂曲面部件性能的关键因素，提高航空发动机叶片表面完整性是航空制决的关键科学问题之一。

西北工业大学博士学位论文中，抛光技术是近年来发展最快、最有效且应用最为广泛的表面加工技术表面残留高度、消除表面波纹度、降低表面粗糙度和残余应力，进而有效性。前，对于如整体叶盘/叶轮类通道狭窄、开敞性差、相互遮挡、宽弦弯掠、易变形的典型复杂曲面结构件已经可以实现精密成型加工的自动化，但表靠人工手持电动或气动工具，采用弹性磨具(砂布轮、尼龙轮等)侧刃进行图 1-3 所示。人工抛光去除量不均匀、易烧伤、表面的波纹度和截面形状使构件表面一致性差；同时人工抛光劳动强度大、效率底、周期长、污重的是，人工抛光主要依靠试凑经验，表面完整性有效控制无法实现。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李小彪;谷雪花;徐欣;;整体叶盘叶片自动化抛光颤振抑制技术[J];航空制造技术;2017年08期

2 赵文明;沈琦;王兵;刘战强;;整体叶盘铣削数控编程与加工技术[J];航空制造技术;2017年15期

3 王松涛;武鹏飞;;整体叶盘的表面完整性研究[J];机械;2017年08期

4 张孝玲;王海亮;;钛合金整体叶盘数字射线检测技术研究[J];无损探伤;2017年04期

5 石鑫;;现代航空发动机整体叶盘及其制造技术[J];科技展望;2016年04期

6 杨金发;张军;李家永;卢成玉;杨万辉;赵天杨;;整体叶盘加工技术探索与实践[J];航空制造技术;2015年12期

7 史耀耀;段继豪;张军锋;董婷;;整体叶盘制造工艺技术综述[J];航空制造技术;2012年03期

8 王卫国,古远兴;树脂基复合材料在整体叶盘结构设计中的应用[J];燃气涡轮试验与研究;2000年04期

9 王梅,杜文军,古远兴;带复合材料箍环的整体叶盘结构振动分析[J];燃气涡轮试验与研究;2000年04期

10 刘家富;整体叶盘结构及制造工艺[J];航空科学技术;1998年06期

相关博士学位论文 前10条

1 张军锋;整体叶盘叶片前后缘柔性拋光工艺及参数优化[D];西北工业大学;2018年

2 淮文博;整体叶盘叶片自适应柔性抛光工艺参数优化研究[D];西北工业大学;2018年

3 陈学振;钛合金整体叶盘型面电解加工技术研究及机床装备研制[D];南京航空航天大学;2016年

4 赵天宇;航空发动机叶盘系统动力学特性及优化方法研究[D];东北大学;2017年

5 梁为;提高闭式整体叶盘电火花加工效率相关技术研究[D];上海交通大学;2017年

6 陈玉刚;整体叶盘振动特性分析与硬涂层阻尼减振设计研究[D];大连理工大学;2017年

7 张海涛;航空发动机整体叶盘原位自动测量技术研究[D];天津大学;2017年

8 王红建;复杂耦合失谐叶片—轮盘系统振动局部化问题研究[D];西北工业大学;2006年

9 肖贵坚;整体叶盘型面开式砂带精密磨削方法及其实验研究[D];重庆大学;2016年

10 徐庆;整体叶盘多通道电解加工关键技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 李远值;闭式整体涡轮叶盘电极进给轨迹规划研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 张奇奇;典型叶盘结构的故障识别与定位技术研究[D];中国民航大学;2019年

3 高雲峰;风扇叶盘数控加工轨迹规划及软件二次开发[D];北京交通大学;2019年

4 井慧哲;失谐叶盘振动可靠性分析及优化设计[D];哈尔滨理工大学;2019年

5 杨金龙;钛合金整体叶盘侧铣加工刀具设计及性能评价分析[D];哈尔滨理工大学;2019年

6 尚海;基于集中参数模型的失谐叶盘动力学特性分析及人工失谐优化[D];上海交通大学;2017年

7 王爱华;涡轮叶盘疲劳—蠕变耦合失效可靠性分析[D];哈尔滨理工大学;2018年

8 宋勉之;整体叶盘自动测量路径规划算法研究与实现[D];华中科技大学;2017年

9 刘佳雯;基于模态族减缩和代理模型的失谐叶盘动态特性快速分析评价方法[D];重庆大学;2018年

10 申鹏飞;整体叶盘硬涂层复合结构振动特性测试与分析[D];东北大学;2017年

本文编号：2884003