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整体叶盘线性摩擦焊接过程动态仿真

作　者: 郭劲松
导　师: 杜随更
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 整体叶盘线性摩擦焊动态仿真虚拟制造 SolidWorks 3DS MAX
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 334次
引　用: 6次
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内容摘要

整体叶盘是发展高推重比航空发动机的关键技术，线性摩擦焊接技术是制造整体叶盘最先进的加工方法之一。本文结合航空科学基金“整体叶盘线性摩擦焊接过程仿真及拟实制造”，以线性摩擦焊接技术在整体叶盘上的制造与维修为应用背景，对整体叶盘的线性摩擦焊接过程进行了动态仿真研究，探讨了与之相关的工艺、结构等内容。本文在分析了涡轮和压气机两种整体叶盘参数的基础上，针对两种整体叶盘——叶片和盘同种材料的压气机整体叶盘、叶片和盘异种材料的涡轮整体叶盘，进行了线性摩擦焊接接头的结构设计。对压气机整体叶盘设计采用盘上凸台式结构，相应的叶片根部预留焊接工艺台；对涡轮整体叶盘设计采用盘上开凹槽式结构，叶片根部留两个侧面作为焊接面。根据推导出的产热公式结合相关材料性能，得出两种整体叶盘的摩擦焊接参数。根据两种整体叶盘结构设计了叶片的夹具，并进行了受力分析和强度校核。选择三维动画动态仿真方案作为本课题仿真的技术路径。应用三维机械设计软件SolidWorks对动态仿真所需要的三维实体模型进行建模，在这些实体模型的基础上，进行了虚拟装配和碰撞、干涉检查。通过.STL文件格式实现了SolidWorks和3DS MAX两种不同数据格式的接口。应用三维动画制作软件3DS MAX对线性摩擦焊接过程进行了三维动态仿真。在对仿真结果分析和研究的基础上探讨了线性摩擦焊机振动源形式的选取，以及整体叶盘线性摩擦焊接、焊后机加工与无损检测等工艺。分析了工艺参数对线性摩擦焊接过程的影响。对两种整体叶盘提出了焊后去除飞边和凸台的工艺方法，压气机整体叶盘飞边和凸台宜采用五坐标数控加工去除；涡轮整体叶盘飞边采用电火花数控线切割或电火花穿孔成型加工去除。对焊后内部陷缺建议采用超声波检测，对表面缺陷检测采用渗透探伤。本文所取得的上述研究成果为下一步进行线性摩擦焊机的设计和工艺研究奠定了基础。填补了虚拟制造、动态仿真技术在摩擦焊接技术领域应用的空白。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章资料综述  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 线性摩擦焊接技术及其在整体叶盘上的应用  9-12
    1.2.1 线性摩擦焊接简述  9-11
    1.2.2 线性摩擦焊接技术在整体叶盘上的应用  11-12
  1.3 虚拟制造技术  12-14
    1.3.1 虚拟制造及其特点  12-13
    1.3.2 以加工为中心的虚拟制造  13-14
  1.4 仿真  14-15
    1.4.1 仿真和动态仿真  14
    1.4.2 加工过程仿真  14-15
  1.5 三维动态仿真实现的几种方法和特点  15-17
    1.5.1 虚拟现实三维动态仿真  15-16
    1.5.2 交互式三维多媒体三维动态仿真  16
    1.5.3 三维动画动态仿真  16-17
  1.6 本课题研究内容和方法  17-19
    1.6.1 研究内容  17
    1.6.2 研究方法和技术路线  17-19
第二章整体叶盘线性摩擦焊接结构设计和工艺制定  19-35
  2.1 线性焊连接的整体叶盘的结构设计  19-22
    2.1.1 叶片--盘接头形式  19-20
    2.1.2 压气机整体叶盘线性摩擦焊接接头结构设计  20-21
    2.1.3 涡轮整体叶盘线性摩擦焊接接头结构设计  21-22
  2.2 线性摩擦焊接产热计算  22-24
  2.3 整体叶盘线性摩擦焊接工艺的初步制定  24-29
    2.3.1 压气机整体叶盘线性摩擦焊接参数的选择  24-25
    2.3.2 涡轮整体叶盘的线性摩擦焊接参数选择  25-27
    2.3.3 夹具和叶片以及振动部分惯性力的计算  27-28
    2.3.4 线性摩擦焊接工艺参数对振动源功率的影响  28-29
  2.4 叶片夹具的设计  29-34
    2.4.1 叶片夹具的结构设计  29-31
    2.4.2 夹具强度初步校核  31-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章整体叶盘的三维实体建模  35-51
  3.1 基于三维动画动态仿真方案的确定  35-37
  3.2 三维几何建模方法的选择  37-38
  3.3 整体叶盘零件基于SOLIDWORKS的实体建模  38-45
    3.3.1 压气机盘和涡轮盘的设计和建模  38-41
    3.3.2 压气机叶片和涡轮叶片的设计和建模  41-42
    3.3.3 叶片夹具部分、检测部分的设计和建模  42
    3.3.4 利用建模工具建模  42-43
    3.3.5 建模过程中仿真显示技术的应用  43-44
    3.3.6 相关零部件二维平面图的生成  44
    3.3.7 相关零部件物理特性的计算  44-45
  3.4 整体叶盘及相关零部件基于SOLIDWORKS的虚拟装配  45-48
    3.4.1 本课题虚拟装配步骤  45-46
    3.4.2 典型零部件虚拟装配的实现  46-48
  3.5 整体叶盘和相关零部件装配和运动过程碰撞与干涉检查  48-50
    3.5.1 整体叶盘零部件装配静态及动态干涉检查  48-50
    3.5.2 飞边、凸台切削加工碰撞干涉检查  50
  3.6 本章小结  50-51
第四章整体叶盘动态仿真过程实现  51-64
  4.1 引言  51
  4.2 实体模型在两种软件之间数据格式的转换  51-52
  4.3 线性摩擦焊接整体叶盘动态仿真的实现  52-61
    4.3.1 典型过程动态仿真  53-57
    4.3.2 整体叶盘动态仿真的几个关键技术  57-60
    4.3.3 线性摩擦焊接过程动态仿真动画和图形文件的生成  60-61
  4.4 线性摩擦焊接过程动态仿真场景剪影  61-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章整体叶盘线性焊接相关工艺的初步制订  64-74
  5.1 线性摩擦焊机的几种方案  64-66
    5.1.1 机械式  64-65
    5.1.2 电磁式  65
    5.1.3 液压式  65-66
    5.1.4 振动方案的比较及线性摩擦焊机的主要参数  66
  5.2 飞边和工艺凸台的去除  66-69
  5.3 焊后无损检测工艺  69-73
    5.3.1 焊缝内部缺陷的检测  69-72
    5.3.2 焊接接头表面缺陷检测  72-73
  5.4 本章小结  73-74
结论  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
附录  79-83

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