钛合金整体叶盘侧铣加工用球头铣刀设计及优化

摘要

整体叶盘作为航空发动机的关键零件起着重要作用，但其结构复杂、材料难加工是加工的关键难点。随着航空发动机的日新月异，对整体叶盘的加工要求也逐渐提高，而在切削过程中存在加工效率低、刀具寿命短及加工变形大等，刀具性能对上述问题有着重要影响。针对钛合金整体叶盘的侧铣加工工艺设计、分析优化球头铣刀，改善加工质量，提高加工效率。
　　首先，针对钛合金整体叶盘侧铣加工用球头铣刀进行设计。通过分析整体叶盘的结构及侧铣加工工艺，为球头铣刀的设计提供依据。针对侧铣加工从球头铣刀的截面形线出发对刀具进行设计，建立刀具刃线及退刀槽曲线等数学模型。依据刃线数学方程基于UG建立刀具的参数化模型，为后续刀具的分析优化打下基础。针对钛合金切削加工性对刀具材料进行优选。
　　其次，通过仿真方法对设计的刀具进行优化与分析。运用DEFORM-3D以切削力为指标优化刀具几何角度，进而提高刀具切削性能。基于ANSYS软件对刀具进行结构强度分析，确保刀具加工中的强度，通过模态分析，获得刀具的固有频率及模态振型，避免切削过程中发生共振。通过UG CAM仿真分析刀具路径，确保刀具侧铣整体叶盘中无干涉、碰撞及过切等。
　　再次，针对优化的球头铣刀进行制备。根据刀具几何结构、材料对刀具磨制的砂轮与工艺进行分析并优化。对磨制完成的刀具从刃口、刃线、几何精度等方面进行检测，并对刀具进行钝化与涂层处理，延长刀具使用寿命。
　　最后，采用制备的球头铣刀进行钛合金侧铣试验研究，分析切削参数对切削力的影响规律。通过试验数据建立切削力回归预测模型，为钛合金侧铣加工参数化提供参考。建立切削参数的多目标优化模型，结合极差分析优化切削参数。
　　本文针对钛合金侧铣加工设计了专用球头铣刀，并且优化了侧铣加工钛合金的切削参数，对钛合金整体叶盘的高效、高质量加工具有重要意义。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2国内外研究现状分析

1.3课题来源及主要研究内容

第2章 整体叶盘侧铣加工球头铣刀设计

2.1整体叶盘结构及侧铣工艺分析

2.2球头铣刀的结构设计

2.3球头铣刀参数化建模

2.4球头铣刀材料优选

2.5本章小结

第3章 球头铣刀切削力仿真分析及几何角度优化

3.1有限元仿真的理论分析

3.2球头铣刀仿真方案分析

3.3仿真结果分析及几何角度优化

3.4球头铣刀结构强度分析

3.5整体叶盘侧铣加工仿真研究

3.6本章小结

第4章 球头铣刀的制备与强化处理

4.1球头铣刀的磨制

4.2球头铣刀的检测

4.3球头铣刀刃口强化处理

4.4本章小结

第5章 球头铣刀侧铣加工钛合金试验研究

5.1球头铣刀侧铣试验设计

5.2试验结果的分析

5.3切削力预测模型的建立

5.4切削参数的优化研究

5.5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