钛合金弯曲薄壁件铣削加工的有限元分析和参数优化
发布时间：2020-12-22 00:44
钛合金薄壁结构零部件因其强度高、质量轻、耐高温等优良特性,在航空航天、军用设备等精加工制造业所占比重日趋加大,如飞机发动机叶片、蒙皮、凸台、筋条、侧壁和腹板等。但由于此类零件整体刚度小、材料去除率高,导致其难以加工,切削力、切屑变形、切削颤振、切削温度等因素严重影响了零件的表面加工精度,加工过程中伴随着复杂的热力耦合作用,容易产生破裂、回弹、起皱、截面畸变等质量缺陷。因此,本文以理论建模为基础,有限元仿真为手段,在金属切削机理的基础上,对钛合金弯曲薄壁零件的切削变形进行了深入的研究,具体研究内容如下:（1）介绍了钛合金薄壁件的基本性能和常用加工方法,对其加工变形的主要影响因素、原因进行了分析。（2）基于金属切削基本理论,以弯曲薄壁件基本理论为基础,建立了弯曲薄壁件在法向载荷下的弯曲变形理论模型。（3）ansys静力学分析模拟弯曲薄壁件铣削过程,确定了弯曲薄壁件铣削加工过程中工件圆周方向的最大变形点,也是切削加工完成一次走刀的切出点,R向最大变形为壁厚的3.13%。然后利用4因素4水平的正交试验确定了一定范围内使最大变形点变形最小的切削参数组合。（4）设计单因素试验,研究各个切削参数在一...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弯曲薄壁零件样品图
山东建筑大学硕士学位论文5（4）装夹与支撑：不同的装夹、支撑方式和夹紧力，对薄壁件加工变形的影响不同。当装夹和支撑去除之后，工件还会产生一定量的回弹变形，所以选用合理的装夹方式、支撑位置和夹紧力有利于增强工艺系统的稳定性，减小回弹变形。针对这些薄壁零件加工变形的不稳定因素，可以采取零件定位基准优化、合理的走刀方式、增加支撑件、热处理消除残余应力、工艺路线优化、未加工部分为加工部位作为提高刚度的支撑等方式，提高薄壁零件加工精度。图1.3“让刀”原理图1.2.3薄壁件加工常用方法传统切削加工方法难以满足薄壁件加工精度要求，需要采取特种加工方法，主要有以下三种。（1）数控补偿加工传统的数控加工过程会受到装夹、刀具等的影响，为此通过有限元模拟出零件加工的变形量，根据所得到的变形量重新编制数控加工路线，在原有的走刀轨迹上附加一定量的偏摆来减少让刀误差，从而提高零件的加工精度。此外，根据仿真所得到的变形量，在不同的位置选用不同的进给量也可以有效地降低让刀误差。（2）振动切削加工振动切削加工是在工件或刀具上按指定的方向和频率施加可控振动，使得刀具进行间断、往复的瞬态微观断续切削，接触时间缩短而且接触非连续，属于特种加工。振动切削
山东建筑大学硕士学位论文11撑和无辅助支撑方式下的薄壁件加工变形，分析了不同的辅助支撑对变形量的抑制效果，为实际加工过程中钛合金弯曲薄壁件辅助支撑的选择提供了参考依据。（6）对弯曲薄壁件进行模态和谐响应分析，确定其前10阶固有频率和振型，峰值响应频率和位移，对比有无辅助支撑下弯曲薄壁件固有频率的变化，为选择合理的转速和抑制共振提供参考。论文总体框架如图1.4所示。图1.4论文总体框架1.5本章小结本章主要介绍了钛合金薄壁件加工工艺的背景，钛合金材料基本性能和薄壁零件的结构特点，分析了影响薄壁零件变形的主要原因，介绍了薄壁零件加工的主要方法。针对其加工易变形的问题，从薄壁件和钛合金材料两方面进行了分析，重点介绍了薄壁件铣削力、加工变形和切削参数优化的研究现状，提出了本文的主要研究内容和框架。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金薄壁微铣削精度研究现状与发展趋势[J]. 李磊. 制造技术与机床. 2020(02)
[2]钛合金薄壁件铣削过程稳定域预测及验证[J]. 岳彩旭,谢娜,李晓晨,李恒帅,刘智博. 哈尔滨理工大学学报. 2019(06)
[3]薄壁零件加工变形分析及控制方案[J]. 薛铭扬. 内燃机与配件. 2019(22)
[4]航空铝合金薄壁零件高速加工铣削力[J]. 王凌云,黄红辉,谢志江. 中南大学学报(自然科学版). 2017(07)
[5]基于混合算法的薄壁件铣削加工工艺参数优化[J]. 曾莎莎,彭卫平,雷金. 中国机械工程. 2017(07)
[6]航空铸造钛合金及其成型技术发展[J]. 张美娟,南海,鞠忠强,高富辉,郄喜望,朱郎平. 航空材料学报. 2016(03)
[7]薄壁结构件铣削加工振动稳定性分析[J]. 蒋宇平,龙新华,孟光. 振动与冲击. 2016(02)
[8]基于刀具磨损的钛合金薄壁件加工变形研究[J]. 黄宇峰,左敦稳,徐锋,罗伟. 机械制造. 2015(05)
[9]刀具几何参数对钛合金铣削力和表面完整性的影响[J]. 谭靓,张定华,姚倡锋,任军学. 中国机械工程. 2015(06)
[10]薄壁零件铣削三维颤振稳定性建模与分析[J]. 张雪薇,于天彪,王宛山. 东北大学学报(自然科学版). 2015(01)
硕士论文
[1]钛合金薄壁件铣削变形的预测与控制[D]. 潘和林.山东大学 2016
[2]薄壁件切削变形仿真与实验研究[D]. 张茹.山东建筑大学 2016
[3]钛合金薄壁件高速铣削加工技术的研究与应用[D]. 陈国三.南京理工大学 2016
[4]钛合金薄壁件加工变形控制工艺基础研究[D]. 章熠鑫.南京航空航天大学 2013
[5]叶片类扭曲曲面薄壁件铣削加工变形仿真与实验研究[D]. 孙越.沈阳航空航天大学 2013
[6]金属切削加工有限元仿真及薄壁件变形预测研究[D]. 钟小宏.南昌航空大学 2012
[7]高速铣削薄壁件加工变形控制及工艺优化研究[D]. 李文东.哈尔滨理工大学 2012
[8]铝合金曲面薄壁件柔性工装夹具的研究与设计[D]. 殷莉.上海交通大学 2012
[9]钛合金薄壁结构件加工变形模拟与试验研究[D]. 张宏勇.中北大学 2010
[10]基于变形控制的薄壁件铣削加工参数优化及仿真研究[D]. 李目.南京航空航天大学 2010
本文编号：2930819
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弯曲薄壁零件样品图
山东建筑大学硕士学位论文5（4）装夹与支撑：不同的装夹、支撑方式和夹紧力，对薄壁件加工变形的影响不同。当装夹和支撑去除之后，工件还会产生一定量的回弹变形，所以选用合理的装夹方式、支撑位置和夹紧力有利于增强工艺系统的稳定性，减小回弹变形。针对这些薄壁零件加工变形的不稳定因素，可以采取零件定位基准优化、合理的走刀方式、增加支撑件、热处理消除残余应力、工艺路线优化、未加工部分为加工部位作为提高刚度的支撑等方式，提高薄壁零件加工精度。图1.3“让刀”原理图1.2.3薄壁件加工常用方法传统切削加工方法难以满足薄壁件加工精度要求，需要采取特种加工方法，主要有以下三种。（1）数控补偿加工传统的数控加工过程会受到装夹、刀具等的影响，为此通过有限元模拟出零件加工的变形量，根据所得到的变形量重新编制数控加工路线，在原有的走刀轨迹上附加一定量的偏摆来减少让刀误差，从而提高零件的加工精度。此外，根据仿真所得到的变形量，在不同的位置选用不同的进给量也可以有效地降低让刀误差。（2）振动切削加工振动切削加工是在工件或刀具上按指定的方向和频率施加可控振动，使得刀具进行间断、往复的瞬态微观断续切削，接触时间缩短而且接触非连续，属于特种加工。振动切削
山东建筑大学硕士学位论文11撑和无辅助支撑方式下的薄壁件加工变形，分析了不同的辅助支撑对变形量的抑制效果，为实际加工过程中钛合金弯曲薄壁件辅助支撑的选择提供了参考依据。（6）对弯曲薄壁件进行模态和谐响应分析，确定其前10阶固有频率和振型，峰值响应频率和位移，对比有无辅助支撑下弯曲薄壁件固有频率的变化，为选择合理的转速和抑制共振提供参考。论文总体框架如图1.4所示。图1.4论文总体框架1.5本章小结本章主要介绍了钛合金薄壁件加工工艺的背景，钛合金材料基本性能和薄壁零件的结构特点，分析了影响薄壁零件变形的主要原因，介绍了薄壁零件加工的主要方法。针对其加工易变形的问题，从薄壁件和钛合金材料两方面进行了分析，重点介绍了薄壁件铣削力、加工变形和切削参数优化的研究现状，提出了本文的主要研究内容和框架。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金薄壁微铣削精度研究现状与发展趋势[J]. 李磊. 制造技术与机床. 2020(02)
[2]钛合金薄壁件铣削过程稳定域预测及验证[J]. 岳彩旭,谢娜,李晓晨,李恒帅,刘智博. 哈尔滨理工大学学报. 2019(06)
[3]薄壁零件加工变形分析及控制方案[J]. 薛铭扬. 内燃机与配件. 2019(22)
[4]航空铝合金薄壁零件高速加工铣削力[J]. 王凌云,黄红辉,谢志江. 中南大学学报(自然科学版). 2017(07)
[5]基于混合算法的薄壁件铣削加工工艺参数优化[J]. 曾莎莎,彭卫平,雷金. 中国机械工程. 2017(07)
[6]航空铸造钛合金及其成型技术发展[J]. 张美娟,南海,鞠忠强,高富辉,郄喜望,朱郎平. 航空材料学报. 2016(03)
[7]薄壁结构件铣削加工振动稳定性分析[J]. 蒋宇平,龙新华,孟光. 振动与冲击. 2016(02)
[8]基于刀具磨损的钛合金薄壁件加工变形研究[J]. 黄宇峰,左敦稳,徐锋,罗伟. 机械制造. 2015(05)
[9]刀具几何参数对钛合金铣削力和表面完整性的影响[J]. 谭靓,张定华,姚倡锋,任军学. 中国机械工程. 2015(06)
[10]薄壁零件铣削三维颤振稳定性建模与分析[J]. 张雪薇,于天彪,王宛山. 东北大学学报(自然科学版). 2015(01)
硕士论文
[1]钛合金薄壁件铣削变形的预测与控制[D]. 潘和林.山东大学 2016
[2]薄壁件切削变形仿真与实验研究[D]. 张茹.山东建筑大学 2016
[3]钛合金薄壁件高速铣削加工技术的研究与应用[D]. 陈国三.南京理工大学 2016
[4]钛合金薄壁件加工变形控制工艺基础研究[D]. 章熠鑫.南京航空航天大学 2013
[5]叶片类扭曲曲面薄壁件铣削加工变形仿真与实验研究[D]. 孙越.沈阳航空航天大学 2013
[6]金属切削加工有限元仿真及薄壁件变形预测研究[D]. 钟小宏.南昌航空大学 2012
[7]高速铣削薄壁件加工变形控制及工艺优化研究[D]. 李文东.哈尔滨理工大学 2012
[8]铝合金曲面薄壁件柔性工装夹具的研究与设计[D]. 殷莉.上海交通大学 2012
[9]钛合金薄壁结构件加工变形模拟与试验研究[D]. 张宏勇.中北大学 2010
[10]基于变形控制的薄壁件铣削加工参数优化及仿真研究[D]. 李目.南京航空航天大学 2010
本文编号：2930819
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