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航空用钛合金结构件精密铣削参数优化

徐涛  
【摘要】:钛合金具有热强度高、比强度高、抗腐蚀性好、化学活性好等优良特性,广泛应用于航空、航天和国防等领域,常用作航空航天发动机大型构件和机架构件材料。钛合金为一种典型的难加工材料,其加工周期长,生产成本高,加工质量难以保证。因此,开展航空用钛合金精密铣削加工工艺方法的研究,对提高我国新型发动机研制和生产能力,最大限度发挥机械加工设备的潜能,促进军工企业制造技术升级换代都具有极其重要的意义。 本文利用商业有限元软件ABAQUS自带的编程语言(Python)和ABAQUS GUI Toolkit工具,构建可视化用户界面,借助ABAQUS强大的功能,通过二次开发实现了航空用钛合金铣削过程有限元参数化建模,减少了手工操作工作量,避免了多次重复实验造成的浪费,大大提高了计算效率。 基于材料损伤理论,建立了钛合金TC4铣削过程的有限元模型,通过有限元仿真研究了不同刀具几何参数(前角、后角、螺旋角)对切削力和切削温度的影响规律,分析了不同刀具几何角度下切削力和切削温度的变化趋势,在一定条件下确定出适合于钛合金TC4切削加工的刀具角度选择范围。 通过理论分析和实验研究,建立了钛合金TC4铣削过程的瞬时铣削力模型,并通过实验进行了验证。采用二次回归正交旋转组合设计进行实验设计,利用Kistler9265B型动态测力仪和Form Talysurf PGI 1240型轮廓仪实际测得的实验数据,通过回归分析建立了铣削力、面形精度和表面粗糙度关于切削用量的预测模型,实现了切削用量的优选。 为了保证加工精度,需要选择较小的切削用量,最终导致加工效率较低,生产成本增加,本文基于遗传算法建立了钛合金铣削过程的优化模型,并以最大生产率和最低加工成本为目标,利用优化设计软件对切削参数进行了优选,达到了提高加工效率,降低成本的目的。


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