轮槽加工铣削力与铣削温度分布规律及刀片设计研究

摘要

汽轮机主要由转子和定子两部分构成。转子是汽轮机的动力部分，其加工质量的好坏直接影响整个汽轮机的工作性能。同时转子枞树型轮槽的加工又是转子加工中最为关键和困难的环节。枞树型轮槽铣刀是转子枞树型轮槽加工的专用铣刀，其性能的好坏直接影响轮槽的加工精度、表面质量和加工效率。目前国内对枞树型轮槽铣刀的研究和制造还处于起步阶段，特别是对轮槽表面加工精度影响最大的枞树型轮槽精铣刀。因此，本课题针对枞树型轮槽精铣刀开展了如下研究:
　　基于转子轮槽的类型及特点和轮槽铣削加工工艺要求，分别从轮槽材料方面、刀具材料方面、轮槽铣刀设计方面和实际加工工况方面对轮槽铣削加工工艺进行了分析，分析并制定了合理的轮槽铣削加工余量和加工工序。
　　基于铣削理论分析与推导，建立了铣刀片的数学模型和镶齿铣刀铣削力数学模型，为研制镶齿枞树型轮槽精铣刀的铣刀片提供了理论依据。
　　基于微元法基本思想，对枞树型轮槽铣削加工中铣削力与铣削温度进行了分析与建模，通过铣削加工试验分别得到了轮槽型线上各点铣削力与铣削温度的分布规律，为优化轮槽铣削加工工艺及提高轮槽表面加工精度提供了试验依据。
　　基于以上分析研究，针对镶齿枞树型轮槽铣刀各齿型线与切削用量的不同，分别为各齿设计了一种铣刀片。利用DEFORM-3D有限元分析软件对各铣刀片分别进行了三维铣削仿真并分析了铣削力、铣削温度、刀具磨损和切屑四大因素对铣削加工的影响，为优化和制备镶片式枞树型轮槽精铣刀具有借鉴意义。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国内外对轮槽铣刀铣削机理的研究现状

1．2．2 国内外对机夹式刀具的研究现状

1．3 研究目的与研究内容

1．4 论文章节安排

1．5 本章小结

第2章 枞树型轮槽铣削加工工艺

2．1 转子轮槽的类型及特点

2．2 轮槽铣削加工工艺要求

2．3 轮槽铣削加工工艺分析

2．3．1 轮槽材料分析

2．3．2 刀具材料分析

2．3．3 轮槽铣刀设计准则及刀具选择

2．3．4 实际加工工况分析

2．4 轮槽铣削加工余量

2．5 轮槽铣削加工工序分析与安排

2．6 本章小结

第3章 铣刀片及其铣削力数学模型的建立

3．1 单铣刀片的数学模型

3．2 多铣刀片的数学模型

3．3 镶齿铣刀静态铣削力数学模型

3．4 仿真实例

3．5 本章小结

第4章 轮槽加工中铣削力与铣削温度分布规律研究

4．1 微元法的基本思想

4．1．1 微元法选取微元的基本原则

4．1．2 微元法的换元技巧

4．2 铣削力与铣削温度分析与建模

4．3 轮槽铣削加工试验

4．4 试验结果分析

4．4．1 热电偶冷端温度补偿

4．4．2 温度转换

4．4．3 试验结果分析

4．5 本章小结

第5章 基于DEFORM-3D轮槽铣刀片铣削模型的建立与仿真分析

5．1 轮槽铣刀片几何模型的建立

5．1．1 三维造型软件SolidWorks简介

5．1．2 三维有限元铣削仿真软件DEFORM-3D简介

5．1．3 轮槽铣刀片几何模型的建立

5．2 轮槽铣刀片有限元铣削模型的建立

5．2．1 建立材料本构模型

5．2．2 网格划分

5．2．3 选定材料断裂准则

5．2．4 建立材料接触摩擦模型

5．2．5 建立刀具磨损模型

5．2．6 热力耦合分析及热传导方程

5．3 轮槽铣刀各铣刀片铣削仿真分析

5．3．1 铣削力分析

5．3．2 铣削温度分析

5．3．3 刀具磨损分析

5．3．4 切屑分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录