整体叶盘砂带磨削加工振动及工艺优化数值仿真研究

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整体叶盘是航空发动机的关键零件,其表面加工质量直接影响到航空发动机的性能。由于整体叶盘具有叶片薄壁易变形、叶片间通道狭长、叶片型面为自由曲面及材料难加工等特点,其表面的精密加工一直是困扰航空制造领域的关键难题。新型开式砂带磨削技术与多轴联动数控机床相结合是一种相对理想的整体叶盘磨削解决方案。但是,由于整体叶盘的空间结构和新型开式砂带磨削技术特点的限制,形成了特有的由悬伸薄壁叶片、细长磨头接触及柔性接触轮所组成的三重弱刚性磨削条件,进而使得在磨削过程中出现不同程度的振动,对整体叶盘叶片型面的尺寸精度和表面质量产生了不良影响。  针对上述问题,本文通过理论建模和数值仿真相结合的方法对整体叶盘叶片型面砂带磨削振动规律进行了研究,得到了理论磨削稳定性条件与最优的工艺参数组合。本文完成的主要研究内容如下:  (1)从整体叶盘结构、磨削装备结构及磨削方式等方面分析了整体叶盘叶片型面砂带磨削的三重弱刚度形成原因,并通过静力分析得到了磨削过程中磨削系统的结构静刚度变化规律。  (2)基于数值仿真方法对磨削系统关键结构件的结构静动态特性进行了分析。通过静力分析和接触分析得到了结构在磨削正压力作用下的变形和应力分布规律;通过模态分析得到了结构的固有振动特性;通过谐响应分析得到了结构在激振力作用下的稳态响应。  (3)基于磨削系统的物理模型和砂带磨削的磨削力经验公式,建立了整体叶盘叶片型面砂带磨削的加工颤振数学模型,通过理论分析得到了稳定磨削条件及影响磨削振动的结构与工艺因素。  (4)基于 ABAQUS建立了弱刚性条件下的整体叶盘叶片型面砂带磨削有限元模型,通过正交试验的方法对多个影响磨削稳定性的工艺参数进行仿真分析,然后通过对磨削过程中的磨削振动进行评价,得到了最优的磨削工艺参数组合,最后通过实验验证了该工艺组合的可行性。
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