钛合金整体叶盘加工用插铣刀设计研究

摘要

整体叶盘作为航空发动机中的关键零件，在提高航空发动机性能方面起到关键作用，为满足新一代航空发动机对高推重比等关键指标的要求，所设计整体叶盘结构较为复杂且多采用钛合金等难加工材料。如何提高整体叶盘的加工质量和加工效率成为阻碍航空发动机发展的技术难题。针对整体叶盘流道粗加工部分所用插铣刀，通过有限元分析方法对插铣刀结构进行优化设计，并结合试验数据为所设计插铣刀匹配最佳切削参数，以提高整体叶盘加工效率，本文主要进行如下研究工作:
　　首先，以UG软件参数化建模结合有限元仿真的方式，实现对刀具的设计及几何角度优化，通过UG基于图形模板的参数化设计方法生成插铣刀三维模型，并利用二次开发模块UG/Open Menu Script、UG/Open UIStyler定制插铣刀设计菜单及其工作界面，结合VC++编写用户界面与参数化模型之间调用函数程序，实现界面数据与模型数据的连接，进而完成插铣刀参数化设计系统框架，以便后续修正插铣刀模型时提高建模效率。
　　其次，利用DEFORM-3D软件，通过模拟插铣过程分析刀具的切削性能，并根据刀具几何参数对切削力的影响，对刀具几何参数进行优化;利用ANSYS软件对刀体结构进行强度分析，验证刀具结构强度是否满足加工需求;通过模态分析、谐响应分析预判所设计刀具在加工时是否出现共振现象或振幅过大，进而保证刀具加工时的稳定性。
　　最后，对所设计的刀具进行加工制备，通过对制备刀具进行插铣试验，利用MATLAB软件建立切削力预测模型，并分析切削参数对切削力的影响情况，为切削参数的优化提供参考;根据模糊分析方法，以整体叶盘加工中的切削力和金属去除率作为考察指标进行切削参数优化，以匹配所设计插铣刀，实现最大化切削效率的目标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及研究背景

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 整体叶盘研究现状

1．2．2 参数化设计在刀具设计方面的应用

1．2．3 有限元方法在切削加工中的应用

1．3 本文研究内容

第2章 插铣刀参数化系统设计

2．1 参数化设计

2．2 UG中参数化设计方法

2．2．1 基于图形模板的参数化设计

2．2．2 基于程序的参数化设计

2．3 插铣刀参数化建模

2．3．1 插铣刀结构分析

2．3．2 建立参数表达式及模型约束

2．4 插铣刀参数化系统设计

2．4．1 菜单栏的建立

2．4．2 用户界面设计

2．4．3 插铣刀参数化系统应用

2．5 本章小结

第3章 插铣刀切削仿真分析及几何角度优化

3．1 建立有限元仿真模型

3．1．1 建立摩擦模型

3．1．2 建立材料本构模型

3．1．3 网格划分及边界条件

3．2 插铣加工仿真分析

3．2．1 切削温度仿真分析

3．2．2 切削力仿真分析

3．3 插铣刀结构分析

3．3．1 插铣刀静力分析

3．3．2 模态分析

3．3．3 谐响应分析

3．4 本章小结

第4章 钛合金插铣加工试验研究

4．1 插铣试验方案设计

4．1．1 插铣刀制备

4．1．2 试验所用设备及材料

4．1．3 插铣试验方案

4．2 试验数据分析

4．3 建立切削力预测模型

4．3．1 预测模型的建立

4．3．2 预测模型检验及验证

4．3．3 切削力预测模型分析

4．4 本章小结

第5章 切削参数优化研究

5．1 切削参数优化方法的选择

5．2 模糊综合评价优化分析

5．2．1 建立因素集与评价集

5．2．2 建立因素评价矩阵

5．2．3 确定权重系数

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

致谢