重型燃气轮机压气机叶片机械加工技术研究

摘要

压气机叶片是燃气轮机的关键零件，直接影响着压气机工作性能和燃气轮机整机效率。其结构独特、形状复杂，属于典型的薄壁类零件，且加工精度高，致使加工效率低、成品率低。研究如何提高重型燃气轮机压气机叶片加工精度、加工效率具有重要工程意义和学术研究价值。
　　论文主要研究工作如下:
　　(1)压气机叶片结构反求与建模。采用三坐标测量仪对某型压气机叶片进行测量，获得叶片表面点云，并对点云信息进行降噪、曲线曲面拟合、叶片前后缘等特殊部位计算弥合等处理，建立叶片三维模型。
　　(2)叶片机械加工过程规划。研究比较叶片铣削加工多种走刀方式，确定采用加工效率较高的螺旋走刀方式，并分析叶片加工误差因素，提出了相应的解决方案。
　　(3)钛合金材料切削力及叶片变形量计算。研究钛合金切削性能，建立切削力计算模型，并对不同切削参数分别进行模拟计算，以获取合理的切削力;将该切削力施加在叶片模型上进行有限元静力学计算，获取叶片变形量，并总结叶片变形规律。
　　(4)叶片加工变形补偿及仿真加工。通过反补偿原理对叶片变形量进行补偿，修正数控程序达到变形补偿目的。进行叶片数控仿真加工，完成重型燃气轮机压气机叶片加工。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及研究意义

1．1．1 重型燃气轮机的工业地位及工作原理

1．1．2 轴流式压气机工作原理及特点

1．1．3 研究压气机叶片机械加工的意义

1．2 压气机叶片机械加工关键技术

1．2．1 叶片机械加工刀具路径优化

1．2．2 叶片加工走刀步长计算

1．2．3 叶片变形控制

1．3 压气机叶片加工国内外研究现状

1．3．1 压气机叶片设计研究现状

1．3．2 叶片材料及其表面处理研究现状

1．3．3 叶片机械加工研究现状

1．4 主要工作内容

第2章 压气机叶片结构反求设计与建模

2．1 反求工程简介

2．1．1 反求工程的概念

2．1．2 反求工程的一般流程

2．2 叶片点云数据获取方法与选择

2．2．1 接触式测量

2．2．2 非接触式测量

2．2．3 测量方案的选择

2．3 叶片点云数据获取

2．3．1 叶片安装

2．3．2 叶片测量

2．4 叶身曲面模型重构

2．4．1 自由曲面描述方法选择

2．4．2 叶片叶型拟合

2．4．3 叶片曲面拟合

2．4．3 叶片前后缘拟合

2．4．4 叶片叶顶叶根建模

2．5 本章小结

第3章 压气机叶片数控加工过程规划

3．1 叶片加工工艺过程规划

3．1．1 叶片材料切削加工性能

3．1．2 叶片加工技术要求

3．1．3 叶片加工工艺基准的选择

3．1．4 叶片加工阶段划分

3．2 叶片加工刀具选择及走刀路径规划

3．2．1 刀具选择

3．2．2 叶片走刀方式选择

3．3 叶片曲面加工误差分析及误差控制

3．3．1 叶片曲面加工误差分析

3．3．2 误差控制方法

3．4 本章小结

第4章 叶片加工过程变形研究

4．1 叶片材料铣削有限元模拟

4．1．1 材料本构模型建立

4．1．2 钛合金TC4材料参数

4．1．3 材料剪切失效准则

4．2 模拟过程及结果分析

4．2．1 钛合金切削模型

4．2．2 切削模拟结果分析

4．3 叶片受切削力变形理论分析

4．3．1 叶片模型简化

4．3．2 叶片弯曲变形分析

4．3．3 叶片扭转变形分析

4．3．4 叶片弯扭组合变形分析

4．4 叶片受力有限元模拟分析

4．4．1 有限元分析方法介绍

4．4．2 叶片切削变形有限元分析

4．5 本章小结

第5章 叶片加工过程变形补偿及加工过程仿真

5．1 叶片变形补偿技术

5．1．1 误差补偿原理方法

5．1．2 叶片变形误差补偿曲面重构

5．2 叶片加工过程仿真

5．2．1 叶片加工仿真工作流程

5．2．2 仿真加工环境确定与设置

5．2．3 仿真叶片加工参数确定与设置

5．2．4 叶片加工仿真过程

5．2．5 叶片加工程序生成

5．3 本章小结

6．1 全文总结

6．2 研究工作展望

参考文献

致谢