汽轮机叶片曲面加工变形预测技术研究

2015年8月江敏，等汽轮机叶片曲面加工变形预测技术研究139造成误差太大的原因一方面是该点在金属切削有限元模拟的过程中发生了不应该产生的大变形没有完全得到合理解决；另一方面是切削力的预测并没有完全准确，包括上面所介绍的忽略了切削热、振动等一些因素的影响。2叶片变形量的预测值与实验值的变化在大体上是一致的，通过对比分析，可认为本文提出的铣削力加载方式有效，模拟结果比较合理。鼙霹N热方法的验证，认为变形预测方法是基本有效的，即本文认为可以用该方法对汽轮机薄壁叶片的加工变形进行预测。通过正交模拟实验得到了汽轮机薄壁叶片加工的铣削力大小和变形量，现对所得数据进行分析，以得到切削参数对薄壁叶片变形影响的规律，并作显著性检验，分析出切削参数的最优组合。运用极差分析和方差分析就切削参数对薄壁叶片加工变形影响进行分析研究，得到6个不同点的变形量随切削参数变化的影响趋势图如图5一图7所示。图7铣削力预测值与实验值对比图单位NLLN5切削参数优化分析汽轮机薄壁叶片的加工精度要求很高，叶片的精IR_表面粗糙度为RA32，抛光表面粗糙度为RAO8，向心角度误差为001。左右，同时需保证叶片出汽边的轮廓变形度为005MM以内。通过对上述模拟结果进行分析，16组正交实验的铣削力合力和叶片最大变形量如表5所示。表5叶片加工铣削合力和最大变形量表5表明，切削参数对铣削力、叶片变形量都有较大影响。从表5中L6组正交模拟实验的叶片变形量可以看出，其中第1组、第5组、第8组和第9组的最大变形量小于005MM满足叶片加工变形要求，而其余组的叶片变形量则不能满足叶片变形量的要求。因此，通过合理选择切削过程中的切削参数，能够有效地控制薄壁叶片的加工变形量。通过上述对铣削力模型和薄壁叶片加工变形预测主轴转速每齿进给量切削深度切削宽度主轴转速每齿进给量切削深度切削宽度主轴转速每齿进给量切削深度切削宽度图8切削参数对叶片加工变形量影响趋势图单位NUN从图8可以看出，主轴转速的增加，会减小薄壁叶片的变形量；而每齿进给量、切削深度和切削宽度在不同程度上都会增大薄壁叶片的变形。在精加工薄壁叶片时，为了减小变形量应选取较高的主轴转速和较小的进给量、切削深度以及切削宽度。较小的进给速度和切削深度固然能够减小叶片的加工变形，提高叶片的加工精度。但是，在实际加工过程中，必须考虑叶片的加工效率。因此，叶片的切削要素应选择较大的主轴转速，在保证加工精度的前提下，适当的提高进给速度和切削深度。表6叶片加工变形平均值直观分析表一O174册002318005838OO91230O473OX008615009425005834OO4898007283一009632X005373OO8O35OO42450O4788OO786OXQ00714001875002L153019720O18655SSO34292055693076226059165OO4564229940O2502015O10050主轴转速每齿进给量切削深度切削宽度图9切削参数对叶片变形平均值影响趋势图单位NUN由叶片加工变形量的平均值方差分析可知，主轴转速、进给量、切削深度和切削宽度对叶片变形平均值的影响显著；主轴转速增加，叶片变形明显减小；当进一一量速给度度转进深宽轴齿削削主每切切140组合机床与自动化加工技术第8期给量、切削深度、切削宽度小于水平3时，叶片变形值变化平缓，而到水平4时变形量急剧增大。在选择切削参数时，应综合考虑加工效率等各方面原因进行切削参数的选择。表7叶片加工变形平均值方差分析表来源平方和自由度均方F值分位数主轴转速0342923O114375L36639进给量0556933O1856122027639切削深度076226302541167016639切削宽度O59165301972L29634639误差0045641534300152总和22994156结论本文采用金属切削有限元模拟技术对薄壁叶片的加工过程进行模拟，首先就金属切削有限元模拟的关键技术包括模拟过程中材料模型、摩擦模型、切屑分离准则进行了分析，对模拟过程中的网格大变形用了特殊的处理方法，得到了相对理想的模拟结果。并将优化后的汽轮机叶片切削加工参数运用到叶片铣削加工的工程应用中，对叶片汽道型线加工这道工序进行综合的分析，进行加工效果的评估。故通过运用优化的切削参数主轴转速、每齿进给量、切削深度、切削宽度进行了汽轮机叶片铣削加工实验，采用合理编程设置方式，汽轮机叶片加工变形得到明显改善，废品率显著降低。本文所提出的汽轮机叶片加工变形预测的方法切实可行，提供了一种借鉴的方法。参考文献1王志刚，何宁航空薄壁零件加工变形的有限元分析J航空精密制造技术，2000，3667102KLINEWA，DEVORJR，LINDBERGTHEPREDICTIONOFCUTTINGFORCESINENDMILLINGWITHAPPLICATIONTOCOMERINGCUTSJINTERNATIONALJOUMALOFMACHINETOOLDESIGNRESEARCH1982，2217123BUDAKE，ALTIMASY，ARMAREGOEJAPREDICTIONOFMIBINGFORCECOEFFICIENTSFROMOHOGONALCUTTINGDATAJJOURNALOFMANUFACTURINGSCIENCEANDENGINEERING，1996，1182162244黄素霞，李河宗，崔坚基于ABAQUS的金属切削数值模拟分析J工具技术，2010，44256595李涛，顾立志金属切削过程有限元仿真关键技术及应考虑的若干问题J工具技术，2008，421214186李琳，解丽静，王西彬金属切削加工中难加工材料2CR13的本构模型J中国机械工程，2009，2020246624697王启涛，刘战强，汤爱民，等球头铣刀瞬态切削力数学模型建立与仿真J农业机械学报，2011，4282002068HSUHCANELASTOVISCOPLASTICFINITEELEMENTMODELOFORTHOGONALMETALCUTTINGFORRESIDUALSTRESSPREDICTIONDNORTHCAROLINASTATEUNIVERSITY，19929顾立志金属切削过程仿真及其在切削参数优化中的应用研究D哈尔滨哈尔滨工业大学，200010徐宏薄壁件数控侧铣加工变形的预测、补偿与实验研究D湘潭湘潭大学，200711郑联语，汪叔淳薄壁零件数控加工工艺质量改进方法J航空学报，2001，225424428编辑赵蓉上接第135页3结论圆柱薄壁件典型工装设计系统在企业中的实际应用表明1从根本上解决了工装设计效率低、移植性差和数字化水平低的问题；2提供了从工艺装备设计、仿真分析、二维工程图输出的CAD、CAE一体化解决方案；3大幅度缩短了设计周期，为企业产品的研发和生产赢得了宝贵的时间；4实现了工装的可视化管理，操作简单，智能化程度高，为企业提供了储备资源，可长期服务于企业的发展。参考文献1王鹏，王亮基于UG的工装一键设计J火箭推进，2012，38157612李春燕，韩海群一种新型快速曲轴铣夹具的研制J组合机床与自动化加工技术，201010981013张晓东，姜兆亮基于UG的整体硬质合金立铣刀数字化建模J组合机床与自动化加工技术，20119474饶锡新，傅航基于UG的风机叶片参数化建模方法J南昌大学学报，2010，1243353385张帅，陈虎基于UG二次开发的智能辅助装配技术J组合机床与自动化加工技术，2O1281031096张冶，洪雪UNIGRAPHICSNX参数化设计实例教程M北京清华大学出版社，20037黄翔，李迎光UG应用开发教程与实例精编M北京电子工业出版社，20068黄勇UOPEN应用开发典型实例精解M北京电子工业出版社，20089黄勇，张博林UG二次开发与数据库应用M北京电子工业出版社，200810洪如瑾UGNX4高级仿真培训教程M北京清华大学出版社，200711吴陈燕正交型五轴虚拟机床构建及NC刀具路径仿真模拟J组合机床与自动化加工技术，20131213013512袁蔚，陈拂晓二次开发UG中标准件库的建立J河南科技大学学报，