涡轮发动机热端部件绿色切削仿真研究

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涡轮发动机在航空航天、船舶、发电等重工业项目中广泛应用,目前已经成为衡量国家工业水平的重要指标。热端部件是涡轮发动机运行的核心部件,它的运行环境十分严峻。GH536是一种镍基高温合金,常用来制作涡轮发动机的热端部件,但是镍基合金属于难加工金属,这方面限制了GH536的应用,因此研究GH536的铣削力和铣削温度,对实际生产加工具有重要意义。为减少人力物力的浪费,基于切削实验与切削仿真相结合的方式是当前分析材料切削加工性能的研究主要方式。本文首先以金属切削基本理论与有限元技术为基础,以切削仿真专业软件D eform为研究平台,对GH536高温合金的铣削仿真过程进行建模,包括仿真几何模型的建模与导入、网格的划分与细化、工件的材料参数模型与本构模型、切削仿真的摩擦模型与传热模型,以及分离准则的选用。为获取GH536高温合金的分离准则临界破坏值,设计薄板单轴拉伸实验并且使用DEFORM对此过程进行仿真,通过实验与仿真相结合的方式获取GH536的Normalized Cockcroft&Lath an准则临界破坏值,从而完成切削仿真模型的建立。设计一组铣削力测力实验,将实验结果与使用建立的切削仿真模型的仿真结果相对比,对切削仿真模型进行验证和修正。再设计一组正交仿真方案,基于仿真结果分析铣削用量对铣削力的影响规律,结果表明:f_x与铣削速度负相关,与铣削深度、每齿进计量、铣削宽度正相关;f_y与铣削速度负相关,与铣削深度、每齿进计量、铣削宽度正相关;f_z与铣削速度都、铣削深度、每齿进计量、铣削宽度正相关。通过多元线性回归方程建立了铣削GH536的铣削力经验模型,并设计实验对经验模型进行验证,结果表明经验模型能够满足对铣削力的预测分析。设计一组单因素仿真方案,使用经由铣削力仿真修正的模型对铣削温度进行仿真,研究铣削用量对铣削温度的影响规律,并对铣削温度场进行分析,结果标明铣削温度与铣削速度、铣削深度、每齿进给量、铣削宽度呈正相关,其中影响程度顺序为铣削速度、铣削宽度、每齿进给量、铣削深度;对铣削刀温度场分析,结果标明铣刀温度中心为刀刃偏前刀面处;对铣削工件温度场分析,结果标明刚开始切削时温度中心在切屑分离处偏上位置,随着铣削的进行温度中心转移到切屑与工件上表面连接处;对铣削过程中的已加工表面上一点P1、切屑上一点P2和刀尖上一点P3,结果标明三点温度均为先上升再下降趋势,其中铣刀经过P1温度达到最高,之后由于切屑带走大部分热量P1点温度骤降,P2点由于铣刀与切屑的摩擦生热,在铣刀经过该点一段时间后温度达到一个峰值,后因为切削热的传递作用P2点温度又缓慢上升,P3点在温度产热散热平衡时达到最高。
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