钛合金薄壁件腹板加工工艺参数优化

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随着我国航空制造业的高速发展,钛合金以其优异的综合性能和结构特点被广泛应用于航空结构件的加工领域,然而钛合金是难加工金属,钛合金薄壁件具有壁厚小,材料去除率比较高等特点,在各种因素的影响下,特别是切削力的影响下,零件容易发生加工变形,并且切削效率低下,这也极大影响了零件的质量精度、使用性能、生产成本等。不同的加工参数使得刀具与工件之间的切削力大小不同,导致影响钛合金薄壁件的变形和加工的效率不同。因此,在实际生产中,选择最优的切削参数加工钛合金薄壁件具有十分重要的意义。本文以钛合金薄壁件腹板特征为研究对象,进行了切削力建模、变形量预测、遗传算法多目标优化等方面的研究,完成的主要工作有如下几个方面。(1)从正交切削分析入手,通过对斜角切削的机理进行深入分析,建立了斜角切削的精确切削力模型。针对腹板铣削加工的工艺特点,基于螺旋刃立铣刀几何模型,分析了铣刀切削力瞬态模型,建立了模型常量与切削参数之间的关系模型。之后,切削力实验确定平均切削力大小,分析实验切削参数,根据轴向切深和径向切深分类切削力,然后分别求取切削力瞬态模型参数,最后求解了切削力模型常量。(2)基于精确切削力模型对钛合金腹板铣削精加工过程进行了有限元建模、载荷处理和模拟分析。首先分别在腹板长度和宽度方向间隔相同的距离建立测试点,加载相同的力,然后分析腹板加工变形规律找到腹板变形量最大的区域。之后,使用有限元软件仿真出切削力与腹板受力的最大变形量之间的映射关系。最后使用正交多项式最小二乘法,将切削力与腹板最大变形量的映射关系拟合成-个函数关系,为钛合金薄壁件腹板加工参数优化提供数据支撑。(3)研究了遗传算法基本原理,在确定了切削参数优化变量、适应度函数以及变量约束之后,根据遗传算法基本原理构建了钛合金薄壁件腹板铣削加工参数优化模型,利用MATLAB软件实现了以最小化最大变形、最小化加工时间为目标的多目标切削参数优化,得到参数优化结果和各个变量的种群分布结果。(4)通过设计优化结果验证的实验,使用实验设备和测量仪器,对钛合金薄壁件腹板加工的参数优化结果进行验证。通过测量加工的时间和腹板加工的最大变形量与钛合金薄壁件腹板加工工艺参数优化模型的结果进行对比分析,验证了优化结果的正确性。通过对以上理论和方法的研究,建立了薄壁件腹板加工工艺参数优化的模型,并得到了优化结果。设计验证实验并进行实验,对比分析实验结果与优化结果的一致性,证明了优化结果的可靠性。
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