核主泵叶轮铣削刀轨规划及表面裂纹研究

发布时间：2020-04-22 21:17

【摘要】：叶轮是核主泵的核心部件,在恶劣环境下工作,必须安全、可靠和长时间不间断地工作,因此对叶轮表面质量有很高的要求。工作中,应力集中最容易在叶轮根部发生,根部常常发生应力腐蚀开裂而引发事故,甚至会出现灾难性的后果。因此,从优化铣削刀轨的角度,研究残余应力分布与裂纹萌生的关系,对于提高叶轮加工表面的机械物理性能、水力特性、减少应力腐蚀裂纹、增加使用寿命等具有重要意义。本文讨论核主泵叶轮五轴数控加工铣削刀轨规划的研究现状和发展趋势,以表面裂纹研究为目标,采用有限元仿真与试验分析相结合的研究方。对铣削刀轨加工工艺进行了优化,分析了不同铣削刀轨对裂纹萌生的影响,分析水流交变场下核主泵表面裂纹扩展现象。具体研究内容如下:首先,描述了铣削刀轨优劣的评判标准,对各种常规铣削刀轨进行了分析,提出了最陡梯度的空间填充曲线铣削刀轨规划方法,并对该方法进行了数值仿真分析,验证了其优点。建立了铣削残余应力有限元模型,此模型同时考虑了切削力与切削热的作用,研究得到了工件表面残余应力分布和沿深度方向残余应力分布结果。同时,基于此模型,研究了主轴转速、进给速度、铣削深度三要素对加工表面残余应力的影响。通过腐蚀实验分析残余应力与裂纹萌生关系,对各种不同情况进行比较分析,总结得出铣削刀轨与腐蚀疲劳之间的关系,并对试验结果进行分析。利用扩展有限元法对裂纹扩展过程进行仿真分析,对不同形式裂纹扩展路径进行比较,同时分析了裂纹扩展速率,得出了拉应力与裂纹扩展之间的关系。
【图文】：

刀轨,铣削,评价指标体系

图 2-1 铣削刀轨评价指标体系结构Fig.2-1 Tool path evaluation index system structure下面对每一项进行细致的分析[34-35]，在实际的选用时，可以针对不同的加工来选用不同的标准，这样更加有助于铣削刀轨的评价。(1) 刀轨长度：对于一种铣削刀轨而言，，刀轨总长度越短越好；(2) 圆弧长度：圆弧长度是刀轨的一部分，但是由于其加工较直线加工困难以越短越好。但是在拐角处可以采用圆角代替直角的过渡，有效的减少对机床具的冲击；(3) 节点数目：节点数目越多，刀具在铣削过程中换向次数越多，机床冲击；同时换刀频繁也会影响进给速度；(4) 空行程距离：空行程距离也是铣削刀轨的一部分，空行程不进行金属切此刀轨也是越短越好；

双螺旋线,填充曲线

图 2-2 双螺旋线Fig.2-2 Double spiral双螺旋线，进行一定的改进。在方形的空间内，同始如图 2-3（a），仿照徐立国提出的双螺线线形成理 2-3（b）在双螺旋填充曲线生成中，常用的是类似进行生成，常规的方法中主要有 L 系统法等一些利为了计算方便，后来有学者提出到矩阵理论，这样线，为双螺旋填充曲线应用于刀具轨迹规划打下了上，如图 2-3（c）。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL353.12;TG547

【参考文献】