作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和技術(shù)跨越的核心部件,整體葉盤(pán)的突出優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于先進(jìn)、高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)中。然而,由于整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通道開(kāi)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(guó)外先進(jìn)的加工技術(shù)對(duì)我國(guó)嚴(yán)密封鎖。因此,研究整體葉盤(pán)通道開(kāi)槽粗加工方法及工藝裝備對(duì)于提高加工效率、降低成本具有重要的意義。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)整體葉盤(pán)的加工主要依賴進(jìn)口五坐標(biāo)機(jī)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(shí)現(xiàn)整體葉盤(pán)加工工藝裝備的國(guó)產(chǎn)化,本文開(kāi)展了整體葉盤(pán)高效強(qiáng)力復(fù)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(pán)銑立柱的靜動(dòng)態(tài)特性的分析研究,以實(shí)現(xiàn)整體葉盤(pán)的通道開(kāi)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(guó)整體葉盤(pán)制造技術(shù)水平。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:首先基于三因素三水平正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)了鈦合金盤(pán)銑加工實(shí)驗(yàn),獲得了盤(pán)銑加工時(shí)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(duì)于該設(shè)備的主承力部件盤(pán)銑立柱靜動(dòng)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(jī)床的基本設(shè)計(jì)原則為基礎(chǔ),綜合考慮盤(pán)銑、插銑、側(cè)銑的工藝特點(diǎn),提出了整體葉盤(pán)高效強(qiáng)力復(fù)合數(shù)控銑削機(jī)床整體方案,并建立了其三維模型,按加工要求確定了機(jī)床的主要參數(shù),并對(duì)盤(pán)銑立柱進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。再次,以切削實(shí)驗(yàn)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(shí)的三種極限工況,對(duì)機(jī)床盤(pán)銑立柱進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)特性分析。第一,以實(shí)際切削力為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對(duì)盤(pán)銑立柱的三種典型工藝狀態(tài)的變形進(jìn)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(shí)應(yīng)用諧響應(yīng)分析法對(duì)盤(pán)銑立柱進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析研究。最后,基于拓?fù)浼夹g(shù)和元結(jié)構(gòu)技術(shù),優(yōu)化了盤(pán)銑立柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)。采用拓?fù)鋬?yōu)化確定了盤(pán)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(duì)出砂孔形狀、尺寸、數(shù)量、筋板厚度等進(jìn)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(pán)銑立柱模型。仿真分析結(jié)果表明,優(yōu)化后的盤(pán)銑立柱靜動(dòng)態(tài)特性均明顯提升,立柱質(zhì)量也顯著下降,驗(yàn)證了本文優(yōu)化方法的可行性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V263
文章目錄
摘要
Abstract
第一章 緒論
1.1 研究背景及意義
1.2 整體葉盤(pán)加工技術(shù)現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)外制造技術(shù)現(xiàn)狀
1.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
1.3 整體葉盤(pán)高效強(qiáng)力復(fù)合銑削加工及工藝裝備
1.3.1 整體葉盤(pán)數(shù)控加工技術(shù)
1.3.2 盤(pán)銑加工工藝的研究
1.3.3 整體葉盤(pán)數(shù)控加工裝備
1.3.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法研究
1.4 課題來(lái)源
1.5 本文的主要內(nèi)容
第二章 鈦合金盤(pán)銑銑削加工實(shí)驗(yàn)
2.1 整體葉盤(pán)材料及毛坯
2.2 整體葉盤(pán)加工方法
2.2.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有加工技術(shù)對(duì)比
2.2.2 高效強(qiáng)力復(fù)合銑削工藝方法
2.3 鈦合金銑削加工實(shí)驗(yàn)
2.3.1 盤(pán)銑銑削實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
2.3.2 切削效率對(duì)比分析
2.3.3 切削力分析
2.3.4 切削頻率分析
2.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
2.4 本章小結(jié)
第三章 高效強(qiáng)力復(fù)合銑床整機(jī)布局分析及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)
3.1 高效強(qiáng)力復(fù)合數(shù)控銑床設(shè)計(jì)要求
3.2 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2.1 機(jī)床總體布局分析
3.2.2 機(jī)床整體方案
3.2.3 機(jī)床總體設(shè)計(jì)
3.2.4 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)
3.3 機(jī)床關(guān)鍵部件介紹
3.4 盤(pán)銑主軸結(jié)構(gòu)
3.5 盤(pán)銑立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.6 本章小結(jié)
第四章 基于有限元的盤(pán)銑立柱靜動(dòng)態(tài)特性分析
4.1 有限元結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)
4.1.1 有限元法簡(jiǎn)介
4.1.2 ABAQUS有限元分析軟件簡(jiǎn)介
4.1.3 有限元靜力學(xué)分析理論
4.1.4 有限元?jiǎng)恿W(xué)分析理論
4.1.5 有限元分析步驟
4.2 機(jī)床盤(pán)銑立柱靜力學(xué)特性分析
4.2.1 靜力學(xué)分析的基本要求
4.2.2 盤(pán)銑立柱實(shí)體建模
4.2.3 網(wǎng)格劃分
4.2.4 邊界條件與載荷
4.2.5 求解和分析
4.3 機(jī)床盤(pán)銑立柱模態(tài)分析
4.3.1 模態(tài)分析功能和意義
4.3.2 模態(tài)分析的步驟
4.3.3 模態(tài)分析結(jié)果
4.4 機(jī)床盤(pán)銑立柱諧響應(yīng)分析
4.4.1 諧響應(yīng)分析的理論基礎(chǔ)
4.4.2 諧響應(yīng)分析的方法
4.4.3 諧響應(yīng)分析的過(guò)程
4.4.4 諧響應(yīng)分析的結(jié)果
4.5 本章小結(jié)
第五章 基于拓?fù)浼夹g(shù)和元結(jié)構(gòu)的盤(pán)銑立柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化
5.1 拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)
5.1.1 拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)概述
5.1.2 拓?fù)鋬?yōu)化方法
5.1.3 拓?fù)鋬?yōu)化目的
5.1.4 ABAQUS拓?fù)鋬?yōu)化步驟
5.2 機(jī)床盤(pán)銑立柱的拓?fù)鋬?yōu)化
5.2.1 定義和控制優(yōu)化過(guò)程
5.2.2 拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果
5.3 元結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)
5.3.1 元結(jié)構(gòu)方法概述
5.3.2 元結(jié)構(gòu)優(yōu)化目的
5.4 機(jī)床盤(pán)銑立柱的元結(jié)構(gòu)優(yōu)化
5.4.1 機(jī)床盤(pán)銑立柱的元結(jié)構(gòu)
5.4.2 圓形和方形出砂孔在不同孔數(shù)與尺寸下對(duì)固有頻率的影響
5.4.3 筋板厚度對(duì)固有頻率的影響
5.4.4 側(cè)板元結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
5.5 機(jī)床盤(pán)銑立柱的重構(gòu)與對(duì)比分析
5.5.1 機(jī)床盤(pán)銑立柱重構(gòu)建模
5.5.2 盤(pán)銑立柱靜力學(xué)對(duì)比分析
5.5.3 盤(pán)銑立柱模態(tài)對(duì)比分析
5.5.4 盤(pán)銑立柱諧響應(yīng)對(duì)比分析
5.5.5 盤(pán)銑立柱質(zhì)量對(duì)比分析
5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
6.1 總結(jié)
6.2 展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況
發(fā)表論文
參加科研項(xiàng)目
科研成果
致謝
【相似文獻(xiàn)】
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本文編號(hào)：
1779513
