钛合金薄壁件加工工艺分析与变形预测研究

摘要

随着我国航空航天业的快速发展，钛合金薄壁件因为其优异的综合性能和结构特点被广泛应用于航空制造业中，但是钛合金是一种难加工金属，而且由于钛合金薄壁件的刚度小，材料去除率比较高，在切削力、装夹力以及残余应力的影响下易产生加工变形，对零件的加工精度和使用性能产生了较大影响，因此对薄壁件加工变形进行分析与预测具有十分重要的意义。本文以钛合金薄壁联动环为对象，展开了加工工艺、切削力建模、变形预测等方面的研究，完成的工作主要有：
　　1．结合联动环的材料特性与结构特点，分析了联动环的工艺路线，确定了各工序的加工方法。进行了原有工艺路线的试切加工，根据试切中发现的问题，改进了工艺路线，并提出在工艺路线中加入有限元法来预测联动环的加工变形。
　　2．根据立铣刀的铣削力经验模型，设计了立铣刀铣削钛合金的正交试验，利用最小二乘法推导线性回归方程中的回归系数，求解出经验公式中各影响因素的指数，建立了铣削钛合金的切削力经验公式，对建立的数学模型进行了显著性检验与试验检验。
　　3．根据工艺分析中提出的问题，以简化的联动环结构为对象，建立了钛合金薄壁件的内孔铣削变形预测模型和切断工序的加工变形预测模型。对两种模型中涉及到的几何建模、模型离散、材料定义、载荷施加、边界定义、材料去除、分层铣削、约束转换和工件变形叠加等关键技术进行了深入分析，预测了简化联动环在内孔铣削和切断过程中的变形。并在五轴加工中心上进行了试验验证。
　　4．利用ABAQUS的脚本语言进行了ABAQUS的二次开发，将联动环参数化建模、内孔铣削变形预测、切断加工变形预测、刀具变形预测和残余应力场分析等功能集成到有限元仿真平台上，实现了典型钛合金薄壁联动环的快速仿真分析。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 本课题背景及意义

1.2 本课题的研究现状

1.3 本课题的研究内容及章节安排

第二章 钛合金薄壁件加工工艺分析

2.1 钛合金薄壁件的材料与结构分析

2.2 联动环工艺过程分析

2.3 本章小结

第三章 钛合金铣削力建模

3.1 铣削力试验

3.2 数据处理及模型建立

3.3 本章小结

第四章 钛合金铣削变形有限元仿真研究

4.1 有限元仿真分析流程

4.2 建立初始残余应力场

4.3 切断过程的有限元预测模型

4.4 内孔铣削变形预测模型

4.5 加工变形预测与实验验证

4.6 本章小结

第五章 钛合金铣削变形仿真平台的开发

5.1 ABAQUS及其二次开发

5.2 系统的运行过程及功能

5.3 系统接口与界面设计

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文