钛合金整体叶盘盘铣加工刀具设计与分析研究

摘要

钛合金整体叶盘是航空发动机中压气机的重要零件，其结构复杂和材料难加工两个特点一直是技术难点，随着整体叶盘结构的不断更新，对其加工工艺的要求越来越高。而在整个加工过程中，刀具性能的好坏对整体叶盘的质量、加工效率起至关重要的作用。本文针对现新提出的盘/插/侧复合铣削加工工艺中盘铣工艺的特点设计和分析盘铣刀，主要进行如下研究：
　　首先，分析整体叶盘盘铣加工特点并设计盘铣切削力试验。分析钛合金整体叶盘的结构和通道几何特征，对加工区域进行划分，通过计算求取叶盘通道盘铣可加工区域。分析盘铣加工工艺的特点，分析盘铣加工过程中切削力对加工过程的影响；通过盘铣钛合金试验，分析盘铣过程中不同切削参数下切削力的变化规律，并根据试验结果为后续刀具设计提供参考数据。
　　其次，设计刀具的整体结构并完成建模。根据工件材料特性，结合盘铣加工的特点，确定盘铣刀刀具结构、刀体与刀片的材料。对比分析刀片夹紧方式，并选用合适刀片；分析整体叶盘几何，确定盘铣刀的基本尺寸，设计容屑槽、刀槽结构尺寸，并利用UG软件对所设计的刀具进行建模。
　　再次，通过仿真分析优化刀具结构。为保证刀具加工钛合金时能更好发挥性能，通过DEFORM软件对刀具几何参数（轴向、径向前角）进行切削仿真分析，基于切削力优化刀具几何参数；利用仿真软件对不同角度的盘铣刀的应力和应变进行计算，以验证刀具的强度；对优化后的盘铣刀结构进行模态分析，验证机床-刀具-工件匹配的安全性。
　　最后，为保证所设计的刀具的加工质量，分析刀具的加工特点及难点，规划盘铣刀加工工艺，对刀具刀槽和容屑槽等结构进行数控编程，完成所设计盘铣刀的加工制造。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2研究目的与意义

1.3国内外研究现状及分析

1.4本课题的来源及主要研究内容

第2章 盘铣加工工艺分析与切削力试验研究

2.1整体叶盘盘铣工艺研究

2.2盘铣切削力的分析

2.3盘铣切削钛合金试验研究

2.4本章小结

第3章 盘铣刀的设计的技术研究

3.1刀具结构的形式

3.2可转位刀片的设计

3.3盘铣刀刀体的结构设计

3.4本章小结

第4章 盘铣刀结构的仿真分析及优化

4.1有限元仿真的关键技术

4.2盘铣刀刀具几何参数优化

4.3盘铣刀刀具结构强度分析

4.4盘铣刀模态分析

4.5本章小结

第5章 盘铣刀的工艺规划研究

5.1盘铣刀制造中常见问题

5.2盘铣刀刀体制备过程及工艺优化

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢