鎳基高溫合金整體葉輪高效銑削工藝研究.pdf

1、微型渦噴發(fā)動機(jī)以其體積小、重量輕、低成本、高推力比等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于巡航導(dǎo)彈、無人機(jī)等先進(jìn)戰(zhàn)略裝備中，是小型航空裝備的重要動力來源，其直徑一般在350 mm以內(nèi)，廣泛采用了整體葉輪結(jié)構(gòu)。目前小型整體葉輪多采用鑄造工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)，然而在面臨極高的使用性能要求或新型號試制時，鑄造工藝難以勝任，數(shù)控銑削工藝則成為其關(guān)鍵研制手段。小型整體葉輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其葉型為變截面扭曲葉片，葉片長厚比大，流道上寬下窄，加工過程中極易發(fā)生過切和干涉，且其

2、材料為鎳基高溫合金，加工過程切削力大，切削溫度高，刀具磨損快，這給整體葉輪銑削工藝規(guī)劃及切削參數(shù)的優(yōu)化帶來了極大的挑戰(zhàn)。針對以上問題，本文以微型渦噴發(fā)動機(jī)鎳基高溫合金開式整體葉輪為研究對象，對其全流程數(shù)控銑削加工進(jìn)行了以下研究工作：
　　針對小型整體葉輪的結(jié)構(gòu)特征，對其數(shù)控銑削工藝系統(tǒng)各要素包括機(jī)床，夾具，刀具和毛坯進(jìn)行了設(shè)計和選用，給出了刀具、夾具及毛坯的幾何信息?；贑AM軟件，完成了整體葉輪全流程數(shù)控銑削刀具路徑規(guī)劃，采用二

3、次開粗加工方案，既提高了加工效率，同時確保了銑削刀具的合理使用。基于CAD軟件，完成了整體葉輪數(shù)控銑削工藝系統(tǒng)數(shù)字化建模，編制了機(jī)床動力學(xué)特性描述文件，并在CAM環(huán)境下，進(jìn)行了整體葉輪全流程數(shù)控銑削虛擬加工仿真，確定了工藝系統(tǒng)設(shè)計、工藝流程規(guī)劃及刀具路徑的合理性。
　　通過將三維銑削轉(zhuǎn)換為斜角切削微元模型，建立了銑削過程瞬時切削力模型及切削溫度經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，并采用有限元仿真軟件?GH4169斜角切削過程進(jìn)行仿真，從而對整體葉輪數(shù)控銑

4、削切削力及切削溫度進(jìn)行預(yù)測。以加工效率為優(yōu)化目標(biāo)，對整體葉輪數(shù)控銑削粗加工進(jìn)行基于切削力約束的動態(tài)參數(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)粗加工效率提升87％以上；以加工精度為優(yōu)化目標(biāo)，對整體葉輪數(shù)控銑削精加工進(jìn)行基于切削力、熱約束的動態(tài)參數(shù)優(yōu)化，利用頻譜分析確定了對刀具磨損及刀具顫振影響更大的因素，優(yōu)化后葉片表面切削力分布明顯改善，為葉片表面加工質(zhì)量的提高提供了重要基礎(chǔ)。
　　通過鋁合金葉輪數(shù)控銑削加工實驗，對CAM編程過程中幾何參數(shù)進(jìn)行負(fù)反饋優(yōu)化，解決