鈦合金薄壁件因其質量輕、結構強度高等優(yōu)點而被廣泛用于航空航天領域。為了減輕質量并確保相應的強度和剛度,鈦合金薄壁件在加工過程中具有較大的材料去除率,導致相對剛度低。因此,在夾緊力和切削力等多種因素的影響下,鈦合金薄壁件在切削時容易發(fā)生加工變形和顫振,使得刀具磨損嚴重、工件表面質量惡化,難以有效保證加工質量和加工精度。切削力的不穩(wěn)定是高速切削中鈦合金薄壁件劇烈振動的主要原因。因此,通過研究減小加工過程中鈦合金薄壁件切削力和切削振動的新方法,提高鈦合金薄壁件的加工質量和加工精度,對實現(xiàn)高質量、高效率加工具有重要意義。本文研究了氣射流輔助支撐對鈦合金薄壁件銑削加工性能的影響。首先基于流體有限元分析相關理論,進行噴嘴內外氣射流流場仿真,通過研究壓力場、速度場,分析了噴嘴內外流場特性;設計單因素試驗和正交試驗,分析了不同氣射流對鈦合金薄壁件所受沖擊力及變形的影響規(guī)律,比較了有、無氣射流輔助支撐的鈦合金薄壁件銑削試驗,對比研究了有、無氣射流沖擊對鈦合金薄壁件側壁加工穩(wěn)定性、加工質量和加工精度的影響。噴嘴內外氣射流流場仿真是通過Ansys Fluent進行模擬的,通過分析噴嘴結構幾何參數(shù)對噴嘴內壓力場、速度場和噴嘴出口流體徑向速度的影響規(guī)律,以及入口壓力對噴嘴內、外壓力場、速度場的影響規(guī)律,為優(yōu)化噴嘴結構幾何參數(shù)提供合理的依據(jù)。氣射流沖擊鈦合金薄壁件動態(tài)特性試驗是利用已獲得的Fluent流體仿真求解結果,應用ANSYS Workbench協(xié)調仿真平臺進行流體力學分析的,通過研究噴嘴結構幾何參數(shù)及外部參數(shù)對鈦合金薄壁件所受的氣射流沖擊力及變形的影響規(guī)律,并基于射流沖擊力,對噴嘴結構幾何參數(shù)、入口壓力和靶距進行了優(yōu)化。有、無氣射流輔助支撐的鈦合金薄壁件銑削試驗對比分析了銑削過程中的振動加速度、切削力以及加工完成后側壁厚度誤差和表面粗糙度,最后驗證了氣射流輔助支撐確實可以提高鈦合金薄壁件的加工精度和加工質量。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG54
【部分圖文】：

計算機根據(jù)工件幾何信息計算每個單元與工件自由曲面的相切點，轉換成命令??后，控制每個定位支承單元來調整到所需的位置和高度，以形成加工工件表面相??對應的包絡曲面。多點柔性工裝如圖１－２所示。??圖１－２多點柔性智能工裝加工??美國ＣＡＮ公司設計制造了?ＰＯＧＯ柔性工裝系統(tǒng)［４８］，該系統(tǒng)所有單元按矩陣??排列，根據(jù)工件曲面形狀，調整其末端真空吸盤位置，實現(xiàn)了飛行器大型薄壁件??的測量、銑削、裝配。西班牙Ｍ．?Ｔｏｒｒｅｓ公司開發(fā)出ＴＯＲＲＥＳＴＯＯＬ多點柔性工??裝系統(tǒng)［４９］，對飛機蒙皮、壁板、梁等進行定位、夾緊和支撐，來進行銑削和鉆??孔。吉林大學［５（＂５２］采用多點成形的柔性工裝，提高了板類零件成形、定位和支撐??的效率。北京航空航天大學［５３＇５４］對飛機蒙皮數(shù)字化成形技術進行了研究，開發(fā)??了相應的數(shù)字化成形工藝。清華大學［５５＿５８］開發(fā)了應用于飛行器大型薄壁件切削??加工的柔性工裝系統(tǒng)，通過柔性定位支承，改善工件剛度，抑制了切削振動。??此外還有一些其他方法，如Ｚｅｎｇ［５９］對專用組合夾具進行了研究，有效的提??高了薄壁件加工剛度。Ｓｍｉｔｈ［６０］研宄犧牲結構預成型件來支撐所需薄壁件的加工

計算機根據(jù)工件幾何信息計算每個單元與工件自由曲面的相切點，轉換成命令??后，控制每個定位支承單元來調整到所需的位置和高度，以形成加工工件表面相??對應的包絡曲面。多點柔性工裝如圖１－２所示。??圖１－２多點柔性智能工裝加工??美國ＣＡＮ公司設計制造了?ＰＯＧＯ柔性工裝系統(tǒng)［４８］，該系統(tǒng)所有單元按矩陣??排列，根據(jù)工件曲面形狀，調整其末端真空吸盤位置，實現(xiàn)了飛行器大型薄壁件??的測量、銑削、裝配。西班牙Ｍ．?Ｔｏｒｒｅｓ公司開發(fā)出ＴＯＲＲＥＳＴＯＯＬ多點柔性工??裝系統(tǒng)［４９］，對飛機蒙皮、壁板、梁等進行定位、夾緊和支撐，來進行銑削和鉆??孔。吉林大學［５（＂５２］采用多點成形的柔性工裝，提高了板類零件成形、定位和支撐??的效率。北京航空航天大學［５３＇５４］對飛機蒙皮數(shù)字化成形技術進行了研究，開發(fā)??了相應的數(shù)字化成形工藝。清華大學［５５＿５８］開發(fā)了應用于飛行器大型薄壁件切削??加工的柔性工裝系統(tǒng)，通過柔性定位支承，改善工件剛度，抑制了切削振動。??此外還有一些其他方法，如Ｚｅｎｇ［５９］對專用組合夾具進行了研究，有效的提??高了薄壁件加工剛度。Ｓｍｉｔｈ［６０］研宄犧牲結構預成型件來支撐所需薄壁件的加工

（ａ）薄壁框類零件?（ｂ）葉片類零件??圖１－３射流輔助支撐加工示意圖??目前，射流技術在許多行業(yè)的應用已經十分成熟，但是國內外對射流的研究??主要集中在流場本身動態(tài)特性和沖擊壓力方面，而將射流輔助支撐應用到低剛度??薄壁件銑削加工的研究還很少。Ｒａｊａｒａｔｎａｍ［６ｌ］對水射流速度大小及分布進行了研??究。Ｌｅｕ［ｅ］等研究了射流結構以及流場速度與壓力分布特性。Ｌｅａｃｈ［６３］、林府進［６４］、??田忠［６５］等對射流的沖擊壓力進行了研宄。周勇［６６］和呂彥明［％７（）］將水射流輔助支??撐分別應用到薄壁件洗削加工，利用脈沖射流產生的沖擊力來抵消切削力，從而??抑制薄壁件加工方法。??１．６論文的研究目標和意義、研究內容以及總體框架??１．６．１論文的研究目標和意義??本文研宄鈦合金薄壁件在原有剛度基礎上，通過氣射流沖擊來輔助支撐鈦合??金薄壁件銑削加工的可行性，以提高銑削剛度，減小加工變形和切削振動，最??終保證加工質量。本文的研究工作不僅能滿足現(xiàn)場加工要求，還能為現(xiàn)場加工制??定科學的加工工藝，為薄壁件加工質量和加工效率的提高提供可行的研宄手段??和可借鑒的加工方法。??１．６．２論文研究內容??為了減小鈦合金薄壁件加工變形和切削振動
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 李紅衛(wèi);師智斌;唐慧霖;龔志強;;薄壁鈦合金零件切削顫振控制技術研究[J];航天制造技術;2015年02期

2 葉建友;呂彥明;楊洋;;低剛度零件切削射流支撐技術研究進展[J];工具技術;2015年04期

3 劉暢;康永峰;王焱;;新型鈦合金薄壁結構件數(shù)控加工技術[J];航空制造技術;2014年S1期

4 葉建友;呂彥明;李強;陳林;;基于射流支撐的薄壁件加工變形補償分析[J];機械設計與研究;2014年03期

5 葛茂杰;孫杰;高彪;熊青春;王偉;阮超;;石蠟輔助加固鈦合金薄壁件加工質量分析[J];航空制造技術;2013年10期

6 吳石;林連冬;肖飛;渠達;;基于多類超球支持向量機的銑削顫振預測方法[J];儀器儀表學報;2012年11期

7 周凱;;飛行器大型薄壁件制造的柔性工裝技術[J];航空制造技術;2012年03期

8 于金;楊貴武;;航空薄壁件銑削力有限元分析[J];機床與液壓;2011年21期

9 葛茂杰;孫杰;李劍峰;;石蠟輔助加固鈦合金薄壁件銑削穩(wěn)定性研究[J];山東大學學報(工學版);2011年01期

10 劉瑞江;張業(yè)旺;聞崇煒;湯建;;正交試驗設計和分析方法研究[J];實驗技術與管理;2010年09期

相關博士學位論文 前2條

1 湯愛君;薄壁件高速銑削三維穩(wěn)定性及加工變形研究[D];山東大學;2009年

2 李忠群;復雜切削條件高速銑削加工動力學建模、仿真與切削參數(shù)優(yōu)化研究[D];北京航空航天大學;2008年

相關碩士學位論文 前10條

1 陳婷婷;鈦合金薄壁腹板銑削加工變形基礎研究[D];南京航空航天大學;2015年

2 馮婷;鈦合金薄壁件切削穩(wěn)定性及工藝優(yōu)化研究[D];南京航空航天大學;2015年

3 徐看;低剛度零件切削射流支撐關鍵技術研究[D];江南大學;2014年

4 薛林峰;鈦合金薄壁異形件切削加工仿真技術研究[D];南京航空航天大學;2014年

5 譚瑞亮;高速切削鈦合金薄壁件的動力學特征及對加工質量影響的研究[D];沈陽理工大學;2014年

6 王艷鑫;鈦合金高速銑削過程振動檢測[D];哈爾濱理工大學;2012年

7 潘斌;鋁合金弱剛度構件的高速銑削加工技術研究[D];南京理工大學;2011年

8 陸俊百;飛行器大型薄壁件柔性工藝裝備系統(tǒng)研究[D];清華大學;2010年

9 馬帥;薄壁件周銑表面質量影響因素的研究[D];東北大學;2009年

10 沈正華;鈦合金薄壁結構銑削變形有限元仿真及加工參數(shù)優(yōu)化[D];南京航空航天大學;2009年

本文編號：2844467