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基于制造特征和非均匀余量的轴流式叶轮叶片工艺优化

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组合机床与自动化加工技术 2019年第12期 114-117页

作者：徐海潜吕博鑫上海应用技术大学工程训练中心上海201418 西门子工业软件(上海)有限公司上海200050

针对轴流式复杂曲面整体叶轮零件的特殊结构,基于生产实践中的某型号环控系统内置整体叶轮,论述了该类型零件的制造难点,基于制造特征和非均匀余量优化了轴流式叶轮叶片的制造工艺,并在同一工况下进行了切削加工对比试验,使用三维扫描... 详细信息

针对轴流式复杂曲面整体叶轮零件的特殊结构,基于生产实践中的某型号环控系统内置整体叶轮,论述了该类型零件的制造难点,基于制造特征和非均匀余量优化了轴流式叶轮叶片的制造工艺,并在同一工况下进行了切削加工对比试验,使用三维扫描检测及模型重构技术进行叶片曲面轮廓度检测,结果显示叶片吸力面和压力面曲面轮廓精度平均优化率分别为28.8%和65.7%,且优化后叶片表面质量较高,无振刀纹。证明了该工艺优化方案的有效性和实用性,对类似结构零件的加工制造有一定指导意义。

关键词：复杂曲面整体叶轮工艺优化切削颤振非均匀余量

提高叶轮精度的非均匀余量工艺优化策略及试验研究

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提高叶轮精度的非均匀余量工艺优化策略及试验研究

作者：吕博鑫上海应用技术大学

学位级别：硕士

复杂曲面整体叶轮零件是高端工业装备中的核心零部件,具有结构复杂,曲面扭曲严重,去除材料率高,切削刚性差等特点,其曲面形状和制造精度直接影响装备的工作效率。但整体叶轮系零件制造过程中极易发生变形、振动、干涉等问题,制造难度极... 详细信息

复杂曲面整体叶轮零件是高端工业装备中的核心零部件,具有结构复杂,曲面扭曲严重,去除材料率高,切削刚性差等特点,其曲面形状和制造精度直接影响装备的工作效率。但整体叶轮系零件制造过程中极易发生变形、振动、干涉等问题,制造难度极大,为当前计算机辅助制造的研究重点和难点之一。本文基于国内外研究现状,综述了整体叶轮零件的制造难点,介绍了叶轮制造技术的发展和未来的发展趋势,阐述了影响弱刚性零部件加工制造精度的主要因素,分析了整体叶轮零件超薄叶片产生加工变形的原因,提出了非均匀余量工艺优化策略。针对实际生产中的某型号环控系统内置轴流式叶轮叶片进行了非均匀余量工艺优化设计,使用NX高级仿真模块和ANSYS Workbench软件对其优化前后进行了变形分析、振动模态分析和谐响应分析,分析结果显示叶片刚度在三个方向优化率分别为58.82%,50%和37.5%,优化后的结构6阶模态有明显提升,证明该工艺优化策略对抑制切削颤振,减小加工时因切削振动导致的零件变型有效。论文在理论研究的基础之上,设计了案例叶轮从下料至零件产出的全流程工艺方案,NX CAM模块刀具轨迹规划、虚拟机床仿真加工并进行了非均匀余量工艺优化前后的切削对比试验。应用三维扫描曲面轮廓度检测方案对整体叶轮零件进行加工精度检测,检测结果显示,优化后的复杂曲面叶片吸力面的制造精度平均优化率为63.8%,压力面的制造精度平均优化率为48.84%,证明该工艺优化策略能有效提高整体叶轮超薄叶片的切削刚度,减小叶片在切削制造过程中产生的切削颤振,并且具有很强的实用性。对类似结构、类似尺寸整体叶轮零件的工艺性能提升能具有一定的指导意义。

关键词：整体叶轮复杂曲面非均匀余量工艺优化切削颤振

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基于非均匀余量的整体叶轮加工工艺优化策略

航空制造技术 2017年第5期60卷 72-76,81页

作者：吴雁吕博鑫吕仕强郑刚张杰人上海应用技术大学机械工程学院上海201418 中航工业贵州省永红航空机械有限责任公司贵阳550009

针对超薄结构叶片整体叶轮在制造过程中叶片产生较大的变形和切削振动,使用非均匀余量加工工艺方案,减小叶片变形提高加工质量。分析了集中载荷对薄壁结构和加厚结构变形的影响,对生产中的叶轮叶片进行非均匀余量加工工艺设计,依据优化... 详细信息

针对超薄结构叶片整体叶轮在制造过程中叶片产生较大的变形和切削振动,使用非均匀余量加工工艺方案,减小叶片变形提高加工质量。分析了集中载荷对薄壁结构和加厚结构变形的影响,对生产中的叶轮叶片进行非均匀余量加工工艺设计,依据优化后的工艺对叶轮进行刀具轨迹规划并进行加工试验,结果显示该工艺优化策略能有效减小超薄叶片的铣削振动和铣削变形,最大误差优化率为54.47%,平均误差优化率为52.57%,对类似高度与平均厚度比值较大且叶片扭转曲率较大的复杂零件的实际加工有一定的指导意义。

关键词：非均匀余量工艺优化策略超薄叶片整体叶轮切削振动

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基于非均匀余量整体叶轮加工工艺优化策略

低碳世界 2017年第29期7卷 293-294页

作者：杨伟四川省宜宾普什模具有限公司四川宜宾644007

为解决超薄结构叶轮制造过程中叶片变形大、振动大的问题,采用非均匀残余加工技术降低叶片变形,提高加工质量。在对结构的薄壁结构和厚度集中荷载变形的影响分析中,根据叶轮加工工艺设计的叶轮叶片余量不均匀,显示优化策略的铣削加工过... 详细信息

为解决超薄结构叶轮制造过程中叶片变形大、振动大的问题,采用非均匀残余加工技术降低叶片变形,提高加工质量。在对结构的薄壁结构和厚度集中荷载变形的影响分析中,根据叶轮加工工艺设计的叶轮叶片余量不均匀,显示优化策略的铣削加工过程的变形和振动生产过程中刀具路径规划优化的试验结果,可以有效降低超薄刀片中平均误差的优化54.47%、52.57%相似的最大误差率、平均高度和厚度比和较大曲率的叶片扭曲复杂零件的实际加工。

关键词：非均匀余量工艺优化超薄叶片整体叶轮

整体叶轮非均匀加工余量颤振稳定域仿真与试验研究

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制造技术与机床 2020年第3期 62-65页

作者：吴雁王开发上海应用技术大学机械工程学院上海201418

针对整体叶轮加工过程中半精/精加工工艺,提出一种基于再生型颤振控制的整体叶轮非均匀余量加工工艺优化策略。借助有限元分析软件获取工艺系统的近似铣削力系数和固有频率,基于再生型颤振分析理论建立了均匀余量叶片和非均匀余量铣削... 详细信息

针对整体叶轮加工过程中半精/精加工工艺,提出一种基于再生型颤振控制的整体叶轮非均匀余量加工工艺优化策略。借助有限元分析软件获取工艺系统的近似铣削力系数和固有频率,基于再生型颤振分析理论建立了均匀余量叶片和非均匀余量铣削加工稳定性极限叶瓣对比图。最后通过对均匀余量和非均匀余量两种叶片进行切削试验验证,证明了该非均匀余量工艺优化设计策略对抑制颤振有明显的效果,对整体叶轮实际加工和生产有一定的指导意义。

关键词：整体叶轮颤振控制非均匀余量试验验证

固结磨料小工具头修形抛光钛合金叶片试验研究

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中国机械工程 2024年第9期35卷 1606-1612页

作者：徐成宇张万一张天鸿朱永伟南京航空航天大学机电学院南京210016

为了提高非均匀余量钛合金叶片的表面质量及轮廓精度,提出基于固结磨料小工具技术的钛合金叶片修形与抛光一体化的新方法,根据叶片加工的理论轨迹点与实际测量点之间的空间相对位置关系得到钛合金叶片的加工余量分布情况。基于确定性抛... 详细信息

为了提高非均匀余量钛合金叶片的表面质量及轮廓精度,提出基于固结磨料小工具技术的钛合金叶片修形与抛光一体化的新方法,根据叶片加工的理论轨迹点与实际测量点之间的空间相对位置关系得到钛合金叶片的加工余量分布情况。基于确定性抛光原理创建叶片表面定量去除模型,在机器人恒力抛光平台上进行钛合金叶片修形抛光试验。试验结果表明:钛合金叶片叶盆的平均粗糙度从起始的0.924μm下降到0.225μm,叶背的平均粗糙度从起始的0.984μm下降到0.249μm,均达到了小于0.4μm的加工要求;叶片表面原有的凹坑和划痕被有效去除,加工后表面没有明显的缺陷,纹理致密均匀;抛光后的叶片轮廓度误差小于叶片所允许的-0.05~0.05 mm误差范围。从而验证了固结磨料小工具头修形抛光非均匀余量钛合金叶片的可行性,为航空发动机叶片的修形与抛光的工艺选择提供了参考依据。

关键词：固结磨料小工具钛合金叶片非均匀余量修形抛光表面粗糙度

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减小轴流式整体叶轮铣削颤振的工艺优化研究

机床与液压 2017年第23期45卷 86-89,94页

作者：吕博鑫吴雁陈青云陈培东吕仕强上海应用技术大学机械工程学院上海201418 上海对外经贸大学上海201620 中航工业贵州永红航空机械有限责任公司贵州贵阳550009

针对复杂曲面整体叶轮零件在制造过程中产生较大切削颤振导致制造缺陷,对实际生产中的叶轮进行了非均匀余量工艺优化设计,应用Workbench对工艺优化前后的叶轮叶片进行了振动模态分析和谐响应分析,进行了工艺优化前后的对比切削试验,并... 详细信息

针对复杂曲面整体叶轮零件在制造过程中产生较大切削颤振导致制造缺陷,对实际生产中的叶轮进行了非均匀余量工艺优化设计,应用Workbench对工艺优化前后的叶轮叶片进行了振动模态分析和谐响应分析,进行了工艺优化前后的对比切削试验,并对零件进行了曲面轮廓度三维检测,检测结果显示叶片吸力面精度平均优化率为63.8%,压力面精度平均优化率为48.8%,证明该工艺优化策略的实用性和有效性,对具有类似结构叶轮零件的加工制造具有一定的指导意义。

关键词：轴流式叶轮工艺优化切削颤振非均匀余量

3D打印钛合金薄壁件加工余量设计与变形预测研究

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3D打印钛合金薄壁件加工余量设计与变形预测研究

作者：李曦南京理工大学

学位级别：硕士

钛合金薄壁件被广泛应用于航空航天领域,此类零件往往结构复杂,传统制造过程材料去除率大、加工效率低、成本高。激光选区熔化(SLM)作为一种节约材料的新兴制造技术,为钛合金薄壁件的高质量毛坯制造提供了新的技术途径,但SLM成型尺寸精... 详细信息

钛合金薄壁件被广泛应用于航空航天领域,此类零件往往结构复杂,传统制造过程材料去除率大、加工效率低、成本高。激光选区熔化(SLM)作为一种节约材料的新兴制造技术,为钛合金薄壁件的高质量毛坯制造提供了新的技术途径,但SLM成型尺寸精度与表面质量无法直接满足要求,需要进行二次加工。本文针对SLM成型钛合金薄壁件毛坯二次加工,从加工变形,尺寸余量的确定等方面进行研究,为此类SLM成型钛合金复杂薄壁结构件的高精度集成制造提供一定的理论依据和共性技术支持,具体研究内容如下:(1)基于ANSYS探索SLM成型钛合金薄壁件加工变形仿真关键技术,研究不同余量尺寸大小及其分布策略对加工弹性变形的影响规律,为余量分配策略的优化奠定了基础。(2)以最优的加工余量分配为目标,建立了基于Rayleigh-Ritz能量解法的薄壁件铣削加工变形预测数学模型,在该数学模型基础上提出了离散化的余量体积单元设计思路并完成平板工件的非均匀余量设计,通过不同余量分配策略工件的对比试验,验证所提非均匀余量分配策略的可行性,本文方法所得工件表面加工误差一致性最好,误差分布极差为传统均匀余量策略的23.6%;同时在工件加工变形最大的悬臂端平均加工误差仅为其他3种余量设计策略的37.41%、54.98%与74.85%。(3)完成钛合金薄壁件SLM成型试验,研究了不同余量分配策略对薄壁件毛坯成型精度的影响;研究了不同余量分配策略SLM成型钛合金薄壁件毛坯与普通钛合金薄壁件毛坯加工前后残余应力分布差异;从残余应力角度出发,研究了SLM成型钛合金薄壁件加工塑性变形问题,并通过对称铣削优化其加工工艺,优化后最大加工变形量减小了84.8%。(4)以SLM成型钛合金悬臂叶片为应用对象,基于本文所提非均匀余量设计策略完成其余量设计与五轴联动加工情况下薄壁件加工变形的仿真预测,并通过五轴加工试验验证本文所提出非均匀余量分配策略对SLM成型钛合金复杂曲面薄壁件加工变形控制的有效性,本文所提非均匀余量分配策略其叶盆叶背最大加工误差为988)与1048),优化效果均超过50%。

关键词：激光选区熔化钛合金薄壁件非均匀余量加工变形

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薄壁叶片侧铣变形误差补偿及刀位规划研究

薄壁叶片侧铣变形误差补偿及刀位规划研究

作者：饶金山上海应用技术大学

学位级别：硕士

整体叶轮等具有复杂曲面特征的薄壁类零件广泛应用于航空、船舶动力等领域,侧铣加工方式能够充分利用多轴数控机床的灵活性,加工效率更高。侧铣加工过程中的误差主要来源于原理性误差和实际加工过程中的薄壁叶片变形误差,侧铣原理误差... 详细信息

整体叶轮等具有复杂曲面特征的薄壁类零件广泛应用于航空、船舶动力等领域,侧铣加工方式能够充分利用多轴数控机床的灵活性,加工效率更高。侧铣加工过程中的误差主要来源于原理性误差和实际加工过程中的薄壁叶片变形误差,侧铣原理误差的大小及分布状态主要由薄壁叶片曲面的复杂性及刀具路径规划算法决定,加工变形误差主要由加工工艺参数,尤其是铣削力的大小决定。为实现薄壁叶片加工误差的减小与抑制,本文通过工艺优化及误差补偿的方式,获得侧铣加工时综合误差较小的刀具路径。侧铣加工过程中的铣削力及每个刀位处的叶片变形因叶片的几何参数不同而有差异,为实现精确的误差抑制及补偿,得到最小误差刀位,需要对叶片各刀位处的变形进行分析。因此,本文先对叶片的几何参数进行分析,结合微元铣削力计算方法对叶片刀位铣削力进行计算,采用有限元分析方法得到叶片刀位弹性变形误差模型。首先,从工艺优化的角度,在精加工前提出连续的侧铣非均匀余量优化方法,以实现对薄壁叶片侧铣变形误差的抑制。根据叶片几何信息提出刚度衡量指标,通过其与叶片刀位处的弹性变形误差模型的关系,建立其与精加工余量的函数关系,采用回归分析方法得到精加工余量关于叶片几何参数的回归方程,根据该回归方程及刀具轨迹规划方法实现精加工前的连续非均匀余量预留。该优化的非均匀余量预留刀位能够有效抑制叶片在最后一步精加工过程中的弹性变形。其次,将铣削刀具简化为分段悬臂梁模型,施加叶片刀位铣削力于切削接触区,得到叶片加工过程中的刀具变形误差建模。在得到刀位处的叶片及刀具变形误差模型后,分别将叶片刀位变形误差及刀具刀位变形误差模型引入侧铣加工刀具路径优化算法,通过重新表达算法误差,得到了一种基于侧铣变形误差补偿的刀位规划新方法。最后,针对生成的误差补偿刀位提出了误差补偿刀位质量的综合误差评价方法,对该新方法的误差预测补偿-规划刀位和传统方法的规划-补偿刀位进行评价,综合误差评价表明,该方法用于直纹面和类直纹面薄壁叶片侧铣加工时,相对于传统的刀位规划-变形补偿策略,所生成刀位的综合误差最小,且该方法计算出的误差更加准确有效,能够提升侧铣加工刀位规划的效率和可靠性。

关键词：侧铣非均匀余量预测建模误差补偿刀具路径规划