钛合金薄壁叶片加工变形控制的工艺研究

摘要

航空航天制造业作为“中国制造2025”的重要组成部分之一，发展前景广阔。叶片是航空发动机的关键部件，其广泛应用于离心涡轮盘、高压压气机和低压压气机等零部件上，但由于叶片具有品种多、数量多、结构复杂和精度高等特点，对叶片的设计、加工制造和装配等提出了严格的要求。同时由于叶片的工作环境比较恶劣，常采用钛合金这类具有优异材料性能的难加工材料作为毛坯，给钛合金薄壁叶片的加工制造带来了挑战。 本文以钛合金薄壁叶片为研究对象，从叶片的设计、加工工艺和加工变形控制方法三个方面展开研究，旨在减小钛合金薄壁叶片在铣削加工过程中的变形量，以获得较高的加工精度。本文的主要研究内容如下： （1）在研究叶片的结构和设计理论的基础上，首先创建了钛合金薄壁叶片的三维模型，然后结合该叶片的加工工艺难点制定了其数控铣削加工工艺，最后对叶片各个加工阶段的刀具路径进行了规划，并对刀具路径的前置安全性进行了仿真，同时对后置处理后的NC文件安全性也进行了验证。在该部分中，重点对刀具路径规划、叶身精加工中的5轴参数和多轴加工安全性进行了深入研究，以期获得最佳的刀具路径。 （2）根据高速加工切削理论，以加工过程中的切削力为研究对象，通过切削力正交试验研究了叶片粗加工阶段高速铣削钛合金TC4过程中各切削参数对切削力的影响规律；以径向切削力最小和材料去除率最高为优化目标，基于遗传算法优化了高速铣削TC4时的切削参数，结合Pareto最前沿给出了试验条件下高速铣削钛合金的最优参数解集。 （3）研究了钛合金薄壁叶片切削变形的控制方法，制定了三坐标法测量钛合金薄壁叶片变形量的测量方案，通过对比试验验证了VERICUT力模式优化方法的有效性。测量结果表明，该方法有效减小了切削过程中的切削力波动，使得叶片的变形量减小。 本文针对钛合金薄壁叶片在数控铣削中存在的技术难点，从上述的主要研究内容展开，研究了钛合金薄壁叶片加工变形控制的工艺，采用理论分析和试验验证相结合的研究方法，较好的解决了钛合金材料难加工和薄壁曲面类零件加工易变形等问题，对工程应用具有重要的理论指导价值和实际借鉴意义。

目录

1 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 课题研究的国内外现状

1.3 课题研究的主要内容

2 叶片几何造型

2.1 叶片的作用与结构

2.2 叶片造型的基本理论

2.3叶片造型

2.4 CAD/CAM系统的数据传输

2.5 本章小结

3 钛合金薄壁叶片铣削加工工艺研究

3.1 钛合金薄壁叶片加工工艺分析

3.2 钛合金薄壁叶片加工工序研究

3.3 刀具路径规划研究

3.4 叶身精加工多轴控制研究

3.5 多轴加工刀具路径安全性研究

3.6 本章小结

4 高速铣削钛合金TC4切削参数优化

4.1 切削力数学模型

4.2 高速铣削TC4切削力试验

4.3基于多目标遗传算法的切削参数优化

4.4 本章小结

5 叶片铣削加工变形控制方法研究

5.1 叶片铣削加工变形控制方法研究

5.2 叶片铣削加工精度检测

5.3 叶片铣削加工变形控制对比试验

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

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