聚氨酯泡沫辅助加固钛合金薄壁件铣削性能研究.pdf

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1、大型结构件加工LARGE-SIZEDSTRUCTURECOMPONENTPROCESSING聚氨酯泡沫辅助加固钛合金*薄壁件铣削性能研究111211刘春，孙杰，刘凯，崔雅文，路来骁，杨斌（1.山东大学机械工程学院，济南250061;2.航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，成都610092）[摘要]针对钛合金薄壁件刚度低，加工过程中容易产生振动、让刀等问题，通过采用聚氨酯泡沫辅助加固钛合金薄壁结构件来提高工件刚度，以实现钛合金薄壁件高效稳定切削加工的相关工艺理论和关键技术。设计在相同条件下采用聚氨酯泡沫填充以及未填充钛合金框类薄壁件铣削试验，对工件侧壁铣削

2、振动加速度时域信号、加工表面质量以及让刀变形进行对比分析，并利用MATLAB软件对振动信号进行快速傅里叶变换（FFT）来进行频域对比分析。结果表明采用聚氨酯泡沫辅助加固能够显著提高钛合金薄壁件加工过程中的稳定性，改善工件加工表面质量、减小让刀变形。关键词：钛合金；薄壁件；聚氨酯泡沫加固；振动；加工稳定性DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.11.093钛合金薄壁件具有质量轻、比强高工件刚度，抑制加工振动和变形。[5][6][7]度高等特点，广泛应用于航空航天领Gulley、Korobko、Rong等研究域，如飞机及机载设备框架壳体

3、、航了电流变材料和磁流变材料的柔性[8][9]空发动机叶轮叶片等，其薄壁主要以夹具。肖璐、孙义林等对磁流变板、肋等局部结构以及框、梁、缘条、液材料辅助支撑薄壁件提高加工精[10-11]接头等整体结构形式存在。由于存度进行了研究。葛茂杰等采用在壁厚薄、相对刚度低等特点，使得石蜡填充辅助加固薄壁件提高工件薄壁件加工工艺性差，易产生加工变刚度，改善加工质量。这些研究虽能形和切削振动，严重影响加工质量和解决一些加工问题，但低熔点合金比[1-3]加工精度。实际加工中多采用重重大，易引起工件变形，且吸附在零复精加工或变形预补偿等方法加以件表面不易清除，在使用过程中还存解决

4、。但重复精加工和变形预补偿在铅污染；电流变材料和磁流变材均没有改变薄壁结构件刚度低的本料虽能实现迅速装夹，但材料剪切强刘春质特征，且加工效率低。而基于薄壁度低，加工系统复杂性增加，试验成硕士研究生,研究方向为航空结构件辅助加固加工技术能够提高薄壁本较高；石蜡成本虽然比较低，但其件高效切削加工与变形控制,主要涉及件铣削刚度，提高加工稳定性，加工软化温度低、体积收缩率大、与工件航空薄壁件的辅助切削、智能制造和填充材料研究。效率高，是目前薄壁件变形控制一个结合强度低，其应用也受到限制。比较重要的研究方向。针对上述填充材料存在的问题，针对薄壁件加工质量和加工精寻找新型

5、填充材料对提高钛合金薄[4]度难以保证的问题，Obara等采用壁零件机械加工精度和加工质量具*基金项目：飞机大型复杂结构件数字化车间项目（40205000150X）。低熔点合金填充辅助加工薄壁件，提有十分重要的意义。聚氨酯泡沫作2017年第11期·航空制造技术93大型结构件加工LARGE-SIZEDSTRUCTURECOMPONENTPROCESSING为被动阻尼材料阻尼系数大、比重的钛合金薄壁件相同，聚氨酯发泡材试验采用分层铣削工件侧壁，小，对金属有很好的粘结性能，能够料填充的A组（B组在相同位置不均分为3层，A组、B组3层径向缓冲吸振，成本低，是一种可替代

6、填填充）钛合金薄壁框侧壁加工位置切削厚度ae均对应相等，第1层充材料。它由聚异氰酸酯和聚多醚如图1所示。ae=0.8mm、第2层ae=0.6mm、第3两种物质发生聚合和胶合反应生成，2试验仪器设备层ae=0.4mm，加工前工件侧壁厚交联密度越大，泡沫塑料越硬。因试验所用的仪器设备及刀具参此，只需要简单修改配比，便可获得数如表1、表2所示。试验过程采用不同密度、弹性、刚性等物理性能。干切削，铣削方式为逆铣，用压板将[12]Nayfeh利用聚氨酯阻尼泡沫作为工件压紧固定在工作台上，使用百分约束层来研究叠层复合梁平面弯曲表对准工件外壁与机床工作台X、Y加工位置[13

7、]振动阻尼特性。Woody等基于方向位置。利用三向加速度传感器Nayfeh试验结果，利用该类型阻尼测量工件侧壁铣削时沿X方向振动泡沫比重小、减振吸能特性提高轻质加速度ax，利用安正数据采集系统对反射镜快速转向的可控性。Scarpa侧壁铣削过程中的振动信号进行采[14-15]等对聚氨酯泡沫应用在防振手集，使用白光干涉仪对工件侧壁已加套上的阻尼性能进行了研究。但是工表面进行分析。图2为试验设备图1钛合金薄壁框零件及加工位置目前聚氨酯泡沫在辅助加工钛合金连接及加工示意图。Fig.1Titaniumalloythin-walledpartand薄壁件方面的研究还比较缺

8、乏。因3试验参数machiningpo