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離心葉輪葉片加工工藝

航空發動機的性能是體現該國工業實力的重要標志,其數字化制造水平也是衡量該國先進制造技術的重要標志之一。離心葉輪是航空發動機關鍵部件之一,對其高效精密數控加工技術的研究,是提高現代先進制造企業核心技術競爭力的重要手段。改革開放以來,隨著我國先進制造技術的日益成熟,我國也自主研發了航空發動機,但其性能和穩定性還與國外水平差距較大。離心葉輪是在一塊毛坯上對輪轂和葉片進行整體加工,葉片為不可展直紋面,為了保證工作時氣流的徑向分布均勻,數控加工難度非常大,并由于其自身薄壁結構特點,導致了葉片銑削過程加工變形誤差大、加工工藝參數不合理等問題。為了更好的解決上述離心葉輪在銑削加工中所存在的問題,本文建立銑削力預測模型對加工過程中銑削力進行準確計算,在此基礎上研究刀具與工件變形對加工精度和加工質量的綜合影響以及加工工藝參數對加工效率和表面質量的影響,進而對其加工過程進行集成優化。本文采用正交試驗方法、有限元方法、柔性迭代補償以及銑削試驗,基于UG/Open GRIP、VERICUT、ANSYS、MATLAB等軟件平臺,深入研究葉輪葉片銑削加工中存在的問題。主要研究內容如下:1)銑削力預測模型研究?;谡辉囼灧椒?,選定四項重要加工工藝參數對工件進行銑削試驗,使用線性回歸方程等手段計算銑削力系數,以此研究各項工藝參數對銑削力的影響規律;分別使用微元積分法和經驗公式法建立了圓錐球頭銑刀銑削力預測模型,對比兩個預測模型誤差值大小。2)基于加工變形誤差補償的刀軌優化。對刀具和工件的三維幾何模型進行特征分析,通過ANSYS軟件分別對刀具和工件在加工過程中各刀位點的變形進行數值計算,利用理論分析和數值計算變形結果對整體變形偏擺角進行求解,最后采用柔性迭代補償法對葉片加工變形進行補償并計算出新的刀位軌跡。3)離心葉輪葉片加工工藝參數多目標優化。針對離心葉輪葉片加工效率低、加工質量差、成本高等因素,以最大生產效率、最低生產成本以及最佳表面質量為優化目標函數,結合優化設計理論根據加工環境限制確定優化約束條件,建立離心葉輪加工工藝參數多目標優化數學模型,優化求解得到最優設計變量值。

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