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时间:2019-11-26
《微小整体叶轮五轴联动微细铣削加工试验研究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、Manmmm。砌刚。gyf。m,胁。。。c。。州。nts发动机关键部件制造技术蕊究米梁志强,方亚楠,周天丰。高鹏,张素燕,刘志兵,王西彬(北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室,北京100081)圈[摘要】微小整体叶轮作为微型发动机的重要组成部分,其加工质量直接影响微型发动机的使用性能。针对微小整体式复杂叶轮流道狭窄、叶片扭曲大和长厚比大等特点,开展了微小复杂扭曲整体式叶轮五轴联动微细铣削加工方法研究。针对微小叶轮加工过程极易发生变形、过切和碰撞干涉等问题,对微小叶轮的加工过程进行工艺规划,建立了微小叶轮流道加工刀具选择的约束方程,计算出叶轮加工刀具的最大理论直径
2、。通过CAM软件对叶轮进行切削仿真,验证了刀具选择和工艺规划的正确性。通过五轴联动微细铣削试验,得到了具有6个直径10mm的叶片、叶片最小厚度0.15mm、叶片最小相邻间距0.58mm的7075铝合金微小整体叶轮。关键词:微小整体叶轮;五轴加工;微细切削;刀具选择DoI:10.16080/j.issnl671.833x.2017.15.045梁志强博士、副教授、硕士生导师,主要研究方向为难】j,-r材料切削磨削技术、微细刀具设计与制造技术。t基金项目:国家自然科学基金项目(51575049:51375055)和国家重点基础研究计划项目(2015CB059900)。近年
3、来,随着MEMS技术、新型材料技术、微加工技术、微型传感器技术的迅速发展,各种飞行器开始出现微型化的趋势。微型涡轮喷气发动机作为各种微型飞行器的动力来源,被称为整个微型飞行器的“心脏”,在航空技术发达国家得到了高度的重视。微型涡轮喷气发动机体积小、重量轻、功率大、能量存储密度高,是一种具有良好应用前景的新型喷气推进动力装置⋯。微小整体叶轮作为微型发动机的重要组成部分,属于典型的微小复杂零部件,其加工质量的优劣必将对微型发动机的使用性能产生重要影响,因此对其加工技术的研究势在必行。美国麻省理工学院的燃气涡轮实验室于2003年采用MEMS技术加工出了直径为21mm,厚为3
4、.7mm,转速为1.2×106r/min的微型涡轮发动机,其微型涡轮的叶片采用直壁结构,直径为4mm【2】。比利时鲁汶大学于2004年采用电火花成形加工方法研制了不锈钢材料的微型涡轮发动机,其中压气机叶轮为非直壁结构,直径为20mm,包括10个长叶片和10个短叶片【3l。英国学者Heatonf4I于2005年采用受激准分子激光在PMMA材料上加工出微小涡轮盘。基于所研制的五轴微小型立式铣床,韩国学者Bang等睁1于2005年使用直径200ixm硬质合金平头立铣刀,在黄铜工件上加工出了直径800肛m的微型直壁叶轮。比利时鲁汶大学于2009年基于微铣机床KernMMP,采
5、用UGNX3/CAM进行数控编程,通过五轴铣削加工制备出了直径20mm的钛合金材料的压气机叶轮呻l,其中采用了直径lmm和0.5mm的硬质合金球头铣刀对叶轮的不同部位进行加工。13本东北大学采用微磨削、车削以及电火2017年第15期·航空制造技术45一鬻超≮艇钐论坛花的方法研制出了微型燃气涡轮发动机一曲】,其直径为lOOmm,长度为150mm,并通过测试发现该发动机可以实现3.6X105r/min的转速,其中压气机叶轮的直径为16mm,涡轮叶轮的直径为17.4mm。哈尔滨工业大学董颖怀等”¨111于2009年设计了一种三维结构的离心式压气机,采用微细电火花铣削加工方法
6、,得到了具有良好表面质量和精度的三维金属微型压气机,该压气机有8个叶片,直径为3mm,高度为1.5ram,叶片的出口高度为0.4mm,厚度为0.1mm;微型涡轮叶片的直径为2.9mm,叶片高0.4mm,叶片厚度为0.1mm。哈尔滨工业大学的Zhang等【12—31于2010年通过自行研制的5轴微铣机床,加工出了直径为20ram的微小型叶轮;并于2012年对微小型闭式整体叶轮进行了研究,该微小型叶轮的尺寸为'/)20X14(mm),相邻两个叶片间的最小距离仅为2.3mm;利用uG/cAM软件生成了叶轮的加工轨迹,并利用Vericut仿真软件对微小型叶轮的刀路轨迹进行了加
7、工仿真。哈尔滨工业大学的Geng等【141于2014年采用微细电火花加工技术,加工出了微型发动机转子模具,然后通过挤压成型,加工出直径为6mm的微小直壁叶轮,叶轮叶片的厚度为0.3mm,高度为O.832mm。鉴于五轴微细铣削方法在复杂零部件加工中的众多优势,开展了微小整体叶轮五轴联动微细铣削方法的加工研究。基于CAD软件SolidWorks对微小整体叶轮进行三维建模,该叶轮的直径为lOmm,有6个相同的扭曲叶片,叶片最小厚度为0.15ram,两相邻叶片间的最小距离为0.58mm。利用CAM软件PowerMill生成微小整体叶轮加工的刀路轨迹,并对刀路
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