低刚度薄壁件铣削加工刀具破损及表面质量分析

为分析低刚度薄壁在切削过程中的情况,进行了低刚度薄壁的小径向浸入比切削试验,通过实时监测的方式同步采集薄壁厚度方向的加速度信号和XYZ三个方向的切削力信号,并且通过超景深显微镜对刀具的磨损破损状况及加工表面质量进行观测。试验发现:薄壁刚度较低时,切削振动剧烈,加速度值和X方向的切削力随着进给速度的增大而快速增大;薄壁振动会导致刀具刀刃部分破损现象早于磨损发生,出现多处块状掉落;薄壁顶部因其更弱的刚度导致大量的长条状凸起,严重影响表面质量,且薄壁表面下部加工质量明显优于上部;低刚度时采用逆铣比顺铣更能适当降低切削力并减少毛刺的出现。

木工超薄圆锯片消音缝多目标优化设计

针对超薄圆锯片消音缝设计问题,提出并实施了一种基于MATLAB/ANSYS联合仿真协同非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化设计方法。通过Inspire软件采用变密度法进行拓扑优化,确定消音缝的设计域。构建以消音缝位置、角度及缝宽等形状参数为设计变量,以最大变形量、最大等效应力及整体振幅最小化为目标的多目标优化模型。通过MATLAB/ANSYS联合仿真协同NSGA-Ⅱ的策略,进行模型的优化求解。结果表明:4个优化解均能有效减少锯切过程中锯片的变形和整体振幅,为决策者提供了更广泛的选择空间。研究为圆锯片消音缝的多目标优化设计问题提供了可行的解决方案。

木材加工超薄圆锯片基体结构对其稳定性的影响

木材加工超薄圆锯片的稳定性是影响锯切质量的重要因素之一,圆锯片的稳定性会随着锯身厚度的减小而降低。在切削木材过程中产生大量切削热会使锯身发生热形变,进而导致锯片稳定性降低。提高圆锯片切削稳定性传统的方法主要在生产工艺上通过对锯身施加预应力,抵消切削热对锯身形变的影响。本文通过改变锯身的基体结构,对不同基体材料的木工圆锯片进行基体几何处理,使其能够在切削木材过程中抵消热应力,从而提高切削稳定性。

初始残余应力的检测方法及其在薄壁叶片加工变形分析中的应用研究

薄壁叶片是航空发动机的关键部件,在加工过程中极易发生剧烈的变形。已有的变形研究控制重点关注在减小切削力和加工残余应力(Machining‑induced residual stress,MIRS)这两方面。本文利用材料热处理和锻造过程中产生的初始残余应力(Initial residual stress,IRS)来减轻薄壁零件受切削力与加工残余应力影响所产生的变形。由于初始残余应力测量困难且具有破坏性,本文提出了一种初始残余应力逆辨识方法来测量Ti6Al4V的初始残余应力。与传统的初始残余应力测量方法相比,逆辨识方法更符合应力分布和叶片变形的分布趋势。为了研究和解耦初始残余应力、加工残余应力和切削力之间对加工变形影响的相互作用,针对钛合金直纹叶片为对象进行实验验证,并建立了有限元预测模型。在分析切削力与加工残余应力对变形的影响后,可以得到切削力占变形程度的46.17%,平均值为26.36μm,而加工残余应力占变形程度的53.83%,平均值为30.70μm。耦合初始残余应力后使得整体的变形减小,受加工残余应力影响的最大挠度变形从35.32μm降低到15.50μm,该分析为利用初始残余应力减小薄壁叶片加工变形提供了新的方法。

基于模态特征分析的铣削刀具寿命预测

Ti-6Al-4V钛合金加工过程中易出现加工振动现象,加工振动会加剧刀具磨损,降低刀具寿命。在Taylor刀具寿命扩展模型的基础上,提出了考虑薄壁加工系统模态参数的铣削刀具寿命预测模型。首先,开展了模态测量试验和铣削加工刀具磨损试验,获取了系统的模态参数和刀具的磨损值;其次,利用模态参数和磨损值建立铣削刀具寿命预测模型,并对各参量对铣削加工刀具寿命的影响进行对比分析;最后,通过钛合金Ti-6Al-4V切削加工试验验证了该模型的预测精度和可靠性。结果表明,基于加工颤振特征分析的铣削刀具寿命预测方法能够准确地预测薄壁零件加工中的刀具寿命,为进一步提高刀具寿命和加工质量提供了理论指导和实践参考。

一类具有C-F边界的旋转薄壁梁振动方程整体解的存在性

航空发动机作为大型飞机的心脏,为大型飞机提供动力,是航空工业发展的重要支柱.同时,航空发动机的制造水平也是每个国家国力、科技和工业基础的重要体现.航空发动机零部件中最多也最重要的当属发动机叶片,其重要性主要体现在高速旋转时转子叶片发生的振动故障.为了研究高速旋转时转子叶片发生的振动,在C-F边界条件下考虑了一类圆截面旋转薄壁梁振动方程,其中C-F边界为常见的叶片左端固定(clamped boundary)、右端自由振动边界(free boundary).首先,将振动方程组简化为向量方程,并给出向量方程弱解的定义;其次,借助Faedo-Galerkin方法构造了振动方程的近似解,并利用常微分方程解的存在性理论证明了近似解存在的唯一性;最后,利用能量方法和Gronwall不等式得到了近似解的一致估计,进而得到了方程整体弱解存在的唯一性.利用Gagliardo-Nirenberg不等式、Young不等式和Holder不等式得到了整体弱解的高阶估计,进而证明了整体强解的存在性.

航空叶片形貌高精度结构光扫描视点规划

航空发动机叶片的加工质量与检测精度对于叶片的使用寿命有着十分重要的影响。本文提出一种基于结构光的高精度扫描视点规划方法以提高叶片检测精度。首先,对叶片整体尺寸进行粗扫描,获取粗模型数据,并根据相机分辨率与采集精度确定视野范围。其次,利用改进Angle Criterion算法进行边界提取,根据边界坐标与视野范围完成边界分割点的确定,利用曲面的截面线法对粗模型进行切片,根据切片结果确定内部分割点,从而完成点云均匀分割。然后,对分割后的点云数据建立有向包围盒获取中心点坐标,并对其法向量进行统计,确定主法线方向,从而生成高精度扫描的视点坐标。最后,对叶片进行表面形貌检测验证,实验结果表明,与超体素分割的视点采集结果相比,本文方法的平均标准差降低了0.0054 mm,且采集视点减少了1/3。提出的视点规划方法在薄壁叶片在机加工检测领域具有良好的应用前景。

综合考虑薄壁叶片弹性弯扭变形和让刀的铣削误差补偿方法研究

薄壁叶片造型复杂,表面曲率变化大,整体刚度低,在铣削加工中容易发生弯扭变形和局部欠切等问题。通过有限元仿真和实际加工测量,对薄壁叶片在铣削加工中的弯扭变形和让刀现象进行分析,研究弯扭变形的原因和变化趋势。基于迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)配准算法和镜像反补偿算法,提出了一种同时考虑弯扭变形和让刀误差的综合补偿方法。对使用该方法得到的曲面模型进行CAM编程和加工实验,结果表明,该方法可同时抑制薄壁叶片铣削过程中的弯扭变形和局部欠切。

基于拓扑与形状优化的超薄圆锯片曲线缝结构设计

为实现超薄型圆锯片曲线缝的结构设计,基于变密度法拓扑优化和模式搜索算法的形状优化相结合的方法,对圆锯片的曲线缝结构进行优化设计。通过基于变密度法的拓扑优化,确定曲线缝开设位置;以圆锯片整体振幅作为评价标准,以拓扑优化后得出的设计域作为边界条件,通过模式搜索算法对圆锯片曲线缝结构形状进行优化,得出给定约束和载荷条件下的最优解。在试验过程中进一步证明了曲线缝形状对锯片轴向振动影响的重要性。

航空发动机涡轮叶片接触式测温技术应用进展

航空发动机涡轮叶片测温技术能够揭示涡轮叶片的温度分布情况,对其开展性能评估、失效分析和优化设计具有重要意义。涡轮进口温度的不断提升对应用于航空发动机涡轮叶片的测温技术提出了更高的要求。现有的航空发动机涡轮叶片接触式测温技术可采集叶片表面温度和近表面气流温度,本文主要介绍了三种应用于涡轮叶片的接触式测温技术,包括薄膜热电偶、测温晶体和示温漆,简要说明了三种测温技术的工作原理,归纳了国内外应用现状,总结了各自的优势与不足,并对其发展方向进行了展望。

钛合金薄壁件铣槽加工技术研究

为实现液体火箭发动机的轻量化,提升发动机的推质比以及液体火箭发动机的综合水平,钛合金材料被广泛应用于多种新型号发动机中。虽然钛合金材料有其独特的优势,但加工工艺性难度大,钣金热成型相较于不锈钢成型精度差,且切削加工性较差。基于钛合金薄壁件铣槽的切削特性,研制整体式硬质合金锯片式专用铣刀,解决钛合金薄壁件难加工难题,通过优化切削参数实现钛合金薄壁件的高效加工,开发出适用于液体火箭发动机推力室钛合金薄壁件铣槽的工艺技术。

一种风电机组无线传感器研究与设计

实现叶片状态的快速准确识别是保证风力发电系统安全高效运行的重要前提。该文研究一种基于太阳能薄膜电池的无线贴片式叶片状态监测传感器,在分析叶片状态监测需求及特点基础上,对各种状态监测方法进行分析对比。根据叶片状态监测特定要求,分别进行传感器选择、电源设计、控制器设计和通信方式设计等工作。通过研究传感器极端条件下的能耗管理及传感器网络架构,系统采用薄膜化、低功耗宽参数设计,满足风电机组多变工况及复杂气象条件下的风电机组叶片等部件状态监测需求。

航空发动机薄壁叶片精密数控加工技术研究

加工变形是影响薄壁零件数控加工效率、精度和表面质量的关键性制约因素。本文针对航空发动机薄壁叶片精密数控加工中的变形问题 ,在分析钛合金叶片结构和工艺特点基础上 ,提出了叶片的精确定位方案、以及支撑叶片并控制弹性变形和残余应力变形的有效方法。通过五坐标数控编程和加工试验对新方法进行了验证。测试结果表明 ,采用新方法加工出的叶片满足设计性能要求 ,不但质量上优于传统制造工艺 ,而且制造成本显著降低、周期缩短 6 0

航空发动机薄壁叶片加工变形误差补偿技术研究

针对航空发动机薄壁叶片在数控加工中的变形问题,基于反变形思想,提出了叶片加工变形误差的多次补偿方法,并研究了误差补偿中的叶片补偿模型重构和光顺问题,最后,对多次补偿方法进行了实验验证。结果表明:通过采用多次误差补偿方法,能有效地提高叶片的加工精度,与传统补偿方法相比具有高效、辅助支撑少、可以预处理变形的优点。

薄壁叶片前后缘加工误差补偿技术研究

加工误差难于控制已成为影响薄壁叶片加工质量及效率的重要因素,而前后缘是叶片在加工过程中最易产生变形的部分。针对叶片前后缘在加工时易超差的问题,提出了加工误差补偿技术。首先分析叶片加工样件测量数据得出前后缘加工误差分布规律,再通过误差补偿方法对叶片设计模型进行修正,生成新的数控加工程序加工叶片,最终使叶片加工误差满足公差要求。对加工误差补偿原理,补偿截面轮廓线的生成及光顺拼接等进行了研究。

薄壁叶片精密加工装夹方案设计与优化

针对航空发动机薄壁叶片刚性弱、加工工艺性差、加工过程中易发生弹性变形等问题,提出了无预载荷、有轴向拉压载荷的装夹方案,分析了3种装夹方案中的弯曲和扭转变形,建立了叶片的弯扭组合变形数学模型。通过对叶片弯扭组合变形数学模型的分析,得出了3种装夹方案下叶片几何尺寸与叶片加工变形位置的关系,以及拉压载荷对叶片加工变形的影响规律。

刀轴侧倾角对薄壁叶片加工变形的影响

加工变形是决定薄壁叶片加工质量和加工效率的主要因素。针对薄壁叶片加工中出现的变形问题,分析了铣削加工中的刀轴倾角,建立了刀具-工件切削力系统下的工件变形模型,并预测加工后薄壁叶片的变形规律。以控制加工变形为目标,为叶片加工规划了合适的刀具路径和加工工艺。设置不同侧倾角的对比实验,测量了切削力和加工变形,并对测量结果进行了分析。实验结果表明,薄壁叶片的实际变形规律与模型预测的结果一致,15°~20°为较优的刀轴倾角。

基于误差控制的薄壁叶片椭圆弧形前后缘建模方法

针对基于测量数据的发动机薄壁叶片椭圆弧形前后缘建模问题,在最小二乘法椭圆拟合的基础上,提出一种基于误差控制的叶片椭圆弧形前后缘拟合重建方法.通过设定迭代控制误差对拟合过程进行控制,当拟合误差小于等于预先设定的迭代控制误差时迭代拟合终止,可有效地避免叶盆、叶背上的点参与拟合;提出一种考虑叶片纵向光顺要求的各截面椭圆参数调整方法,可实现前后缘椭圆参数的提取以及叶片前后缘区域光顺曲面的生成.在文中方法的基础上开发了叶片前后缘建模软件模块,并通过实测数据验证了该方法的有效性.

基于非均匀余量的超薄叶片叶轮工艺优化策略

针对超薄结构叶片整体叶轮在制造过程中产生的较大切削变形,分析了薄壁叶片在集中载荷下的变形规律,应用了非均匀余量的工艺优化方案。依据优化后的工艺基于NX对实际生产中的轴流式整体叶轮进行了刀具轨迹规划并进行加工试验,检测得到最大误差优化率为59.87%,平均误差优化率51.81%,显示该策略能有效减小超薄叶片的铣削变形,尤其对叶片前缘和尾缘刚性较差部分的加工误差优化效果明显,对具有类似结构叶片的复杂曲面整体叶轮零件的加工具有一定的指导意义,对前缘和尾缘突出的异形叶片也尤为适合。