作為航空發(fā)動機實現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和技術(shù)跨越的核心部件,整體葉盤的突出優(yōu)點使其廣泛應用于先進、高推重比航空發(fā)動機中。然而,由于整體葉盤結(jié)構(gòu)復雜、通道開敞性差、彎扭大,且毛坯一般采用鈦合金、高溫合金等難加工材料鍛造而成,其綜合制造難度極大,并且國外先進的加工技術(shù)對我國嚴密封鎖。因此,研究整體葉盤通道開槽粗加工方法及工藝裝備對于提高加工效率、降低成本具有重要的意義。當前,國內(nèi)整體葉盤的加工主要依賴進口五坐標機床,利用插銑、側(cè)銑的方法分層切削,加工成本高,效率低。為改變這一現(xiàn)狀,實現(xiàn)整體葉盤加工工藝裝備的國產(chǎn)化,本文開展了整體葉盤高效強力復合數(shù)控銑床及工藝的關(guān)鍵技術(shù)研究,特別是該設(shè)備的關(guān)鍵承力部件盤銑立柱的靜動態(tài)特性的分析研究,以實現(xiàn)整體葉盤的通道開槽粗加工,縮短加工周期,降低生產(chǎn)成本,從整體上提高我國整體葉盤制造技術(shù)水平。本文主要研究內(nèi)容如下:首先基于三因素三水平正交試驗法設(shè)計了鈦合金盤銑加工實驗,獲得了盤銑加工時溫度、刀具磨損、變質(zhì)層、各方向的銑削力和切削激振頻率等,其切削力和切削激振頻率為對于該設(shè)備的主承力部件盤銑立柱靜動態(tài)特性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其次,以數(shù)控機床的基本設(shè)計原則為基礎(chǔ),綜合考慮盤銑、插銑、側(cè)銑的工藝特點,提出了整體葉盤高效強力復合數(shù)控銑削機床整體方案,并建立了其三維模型,按加工要求確定了機床的主要參數(shù),并對盤銑立柱進行了簡單的介紹。再次,以切削實驗獲得的切削力和切削激振頻率為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),綜合考慮加工時的三種極限工況,對機床盤銑立柱進行了靜動態(tài)特性分析。第一,以實際切削力為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對盤銑立柱的三種典型工藝狀態(tài)的變形進行了分析;第二,基于模態(tài)分析法分析了立柱的固有頻率和振型,同時應用諧響應分析法對盤銑立柱進行了動力學分析研究。最后,基于拓撲技術(shù)和元結(jié)構(gòu)技術(shù),優(yōu)化了盤銑立柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)。采用拓撲優(yōu)化確定了盤銑立柱內(nèi)部材料去除步驟,從而確定筋板布置的疏密;利用元結(jié)構(gòu)方法對出砂孔形狀、尺寸、數(shù)量、筋板厚度等進行了優(yōu)化。依據(jù)優(yōu)化后獲得的最優(yōu)元結(jié)構(gòu),重構(gòu)了盤銑立柱模型。仿真分析結(jié)果表明,優(yōu)化后的盤銑立柱靜動態(tài)特性均明顯提升,立柱質(zhì)量也顯著下降,驗證了本文優(yōu)化方法的可行性和有效性。
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V263

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本文編號：1779513