钛合金整体叶轮高效加工技术的研究

发布时间：2020-03-19 10:14

【摘要】：整体叶轮在航空、能源、船舶等行业有广泛应用,其加工质量会直接影响透平机械的效率和性能。整体叶轮具有扭曲大,流道窄等特点,属于典型的难加工零件,尤其是对于钛合金整体叶轮,是集合了钛合金材料难加工特性和整体叶轮难加工结构特点与一体的复杂零件。钛合金整体叶轮高效加工一直是学者和工程人员关注的重点。所以,本文基于钛合金多轴铣削的特性,从刀路轨迹规划和铣削参数优化两个方面对钛合金整体叶轮高效加工进行研究,其主要内容及结论如下:(1)运用3次非均匀有理B样条原理对叶轮离散点进行拟合,在UG环境中实现整体叶轮实体的参数化建模。根据叶轮的几何结构特点和材料特性,结合相关加工手册,拟定了钛合金整体叶轮加工工艺方案。(2)运用正交实验法研究钛合金多轴铣削加工特性。分析了多轴铣削参数(铣削速度v(m/min)、每齿进给量f _z(mm/z)、铣削宽度a _e(mm)、铣削深度a _p(mm)、刀具侧倾角?(?))对铣削合力和表面粗糙度的影响程度和影响趋势。建立了在乳化液作为铣削液情况下,硬质合金球刀铣削TC4钛合金五因素铣削力和表面粗糙度回归预报模型,并验证了回归模型的合理性。(3)利用MATLAB与MAX-PAC、UG联合仿真完成刀轴矢量的计算和刀轨可视化。提出了分区域加工和三角形走刀的加工策略,结合外缘面等距法和螺旋走刀方式,规划了整体叶轮粗、精加工的刀路轨迹。为了避免加工过程中刀具干涉与碰撞,确定了刀轴偏角范围,并运用线性插补方法拟合完成连续的优化刀路轨迹。并最终通过仿真和实际加工试验,验证了本文轨迹的可行性和优越性。(4)基于NSGA-Ⅱ改进MATLAB多目标函数gamultiobj,为求解多目标函数、分析各目标之间关系提供了基础。针对钛合金整体叶轮粗加工成本高、效率低的问题,建立了以刀具消耗量最小和铣削效率最高为目标函数的多目标优化数学模型min f(x)(28)(f_1(x),f_2(x));为了满足钛合金整体叶轮精加工表面质量高、效率高的要求,建立了以表面质量最优和铣削效率最高为目标函数的多目标优化数学模型min f(x)(28)(f_1(x),f_3(x));通过改进后的算法工具箱得到两多目标优化问题Pareto最优解前沿。运用理论分析与实际加工试验相结合的方式,验证了Pareto解集中任意一组参数的优越性,与经验铣削参数相比,采用优化后的铣削参数进行加工,大大提高了加工效率,减少了加工成本,提高了加工表面质量。研究工作对复杂结构的难加工材料零件加工提供了技术支撑,研究成果具有较高的工程应用价值。
【图文】：

整体叶轮,半开式

（a）闭式整体叶轮（b）半开式整体叶轮（c）开式整体叶轮Closed integral impeller (b) Semi-open integral impeller (c) Open integral impe图 2.1 整体叶轮分类Fig.2.1 Overall impeller classification具体半开式整体叶轮为研究对象，如图 2.2 所示。其主要结构包括

几何结构图,整体叶轮,半开式,几何结构

图 2.2 半开式整体叶轮几何结构Fig.2.2 Geometric structure of semi-open integral impeller 整体叶轮参数化建模提供的叶片、轮毂等型面离散数据点信息，，运用 UG NX 软件设相吻合的整体叶轮 CAD 模型，其建模过程简述如下：
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG54

【参考文献】