刀具刃口几何参数对GH4169加工残余应力影响的研究

论文摘要

GH4169因其优异的热物理、高温力学性能而应用于航空发动机涡轮盘的制造。涡轮盘是航空发动机的典型零部件,其工作时处于高温高压的服役环境,在服役过程中会受到剧烈的交变载荷作用从而易产生疲劳破坏。强化涡轮盘加工表面完整性对提高其疲劳寿命具有重要作用。刀具刃口几何参数对加工表面完整性（如残余应力）具有重要的影响。对涡轮盘加工刀具刃口几何参数进行合理选择有助于改善加工表面残余应力分布。论文通过刀具刃口几何参数对GH4169加工表面残余应力的影响规律的研究,揭示刀具刃口几何参数对加工表面残余应力的影响机理,阐述刀具刃口几何参数与加工表面残余应力轮廓特征值之间的映射关系,优化刃口几何参数,改善加工表面残余应力分布。首先,基于任意拉格朗日—欧拉法建立GH4169直角切削仿真模型,利用形状因子参数K与平均圆度（?）对钝圆型刃口轮廓进行参数化表征。分析刀具钝圆刃口形状因子K和平均圆度（?）对加工表面残余应力轮廓特征值（表面残余应力值σs与最大残余压应力值σr）的影响规律,研究发现增加刃口平均圆度（?）或在钝圆刃口引入倒棱将增大表面残余应力值σs与最大残余压应力值σc。保持钝圆刃平均圆度（?）不变时,对比形状因子K为1、0.5、2时的加工表面残余应力轮廓特征值,发现刃口形状因子K为1时表面残余应力值σs与最大残余压应力值σc最小;形状因子K为2时表面残余应力值σs最大;形状因子K为0.5时,最大残余压应力值σs最大。经实验验证,残余应力仿真值与实验测量值一致。然后,基于沿加工表面层深度方向的温度分布与耕犁深度分析刃口几何参数对加工表面残余应力的影响机理。研究发现,刃口与工件材料摩擦增加使沿加工表面层深度方向的温度梯度增加,造成加工表面残余拉应力增大;刀具刃口熨压的材料体积增加造成加工表面残余压应力增大。加工表面切削温度与表面残余应力值σs密切相关,耕犁深度与最大残余压应力值σc密切相关。研究表明,影响加工表面残余应力值σs生成与变化的主导因素为热载荷,影响最大残余应力值σc生成与变化的主导因素为力载荷。最后,综合利用有限元法、人工神经网络和多目标优化算法建立GH4169加工表面残余应力轮廓特征值预报与多目标优化模型。模型输入量为刀具的前角、后角、刃口形状因子K以及平均圆度（?）,输出量为最大残余压应力值σc与表面残余应力值σc。以训练后的GABP神经网络作为非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ的目标函数,对加工表面残余应力轮廓特征值进行多目标优化,计算得到加工表面残余应力轮廓特征值的Pareto最优非支配解集。研究成果可指导刀具刃口几何参数的设计与选择。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 沈琦

导师: 刘战强

关键词: 刀具刃口几何参数,残余应力,直角切削

来源: 山东大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 金属学及金属工艺,航空航天科学与工程

单位: 山东大学

分类号: V263;TG71

总页数: 78

文件大小: 5292K

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