第5期 2016年5月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2016)05003603
D0I:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.05.010
No.5 May2016
基于ABAQUS的航空叶轮铣削变形机理研究
李林，蔡安江
（西安建筑科技大学机电工程学院，西安710055）
摘要：高速铣削制造航空整体叶轮时，叶轮叶片的变形问题是影响叶轮加工精度的主要原固。而铣削过程中的铣力、切削热、残余应力则是导致叶片变形的直接固素。为了探究叶片的变形机理，基于叶片的几何特征和加工工况，提出了将叶轮叶片简化为悬臂梁结构的分析方法，同时采用有限元分析软件ABAQOUS建立反映叶片铣削过程高温、高应变率状态的铣削模型，模拟分析不同铣削参数下整体立铣刀铣削航空铝合金7075-T7451叶片的过程。叶片铣削模拟过程揭示了铣削速度、每齿进给量、径向铣削深度三个主要铣削参数对铣削力、切削热、叶片表面残余应力的影响，为制造整体
叶轮时加工参数的选取、加工变形及震颤控制提供依据。关键词：航空叶轮：铣削变形；残余应力；有限元分析
中图分类号：TH166；TG659
文献标识码：A
Research on the Deformation Mechanism of the Aviation Impeller Milling Based on ABAQUS
LI Lin,CAI An-jiang
(School of Mechanical and Electrical Engineering, Xi' an University of Architecture and Technology, Xi 'an 710055,China)
Abstract : The deformation of the impeller blade is the main reason for the machining accuracy of the impel-ler when high speed milling the whole impeller. The milling process of milling force, cutting heat, residual stress is a direct factor leading to blade deformation. In order to explore the mechanism of deformation of blade, based on the geometrical characteristics of the blade and the processing condition, puts forward a de-sign of simplifying the impeller blades to the cantilever beam structure Using finite element analysis soft-ee strain rate. The simulation of A1 7075 T7451 blade milling process is under different milling parameters and by overall vertical milling-tool. This milling machining simulation process reveals the influence of the milling speed, feed per tooth, radial milling depth, three main processing parameters ,on milling force, cut-ting heat and residual stress of the blade. The research can provide helps in the selection of milling parame ters，machiningdeformation and controllingmillingvibration.
Key words: aviation impeller; milling deformation; residual stress; finite element analysis
引言 0
复杂航空整体结构件中的典型工件为整体叶轮，在叶轮铣削过程中叶片的变形控制及获得较高的加工精度是加工过程中考虑最多且最重要的两大因素！。传统的基于几何形状规划的刀具轨迹、选取工艺参数的方法，无法前瞻性的预测叶片的变形必然导致实际加工表面轮廓与理论轮廓之间存在较大偏差，难以保证叶片加工的精度和效率2]。为了能从根本上解决这一问题，必须探究叶片的变形机理，从而选取合理的加工参数及加工补偿。分析叶轮的几何结构可知，叶片根部与轮毂固定、顶端处无约束，与悬臂梁结构类似，故将叶片简化为悬臂梁结构。同时将简化叶片导入ABAQUS有限元分
收稿日期：2015-06-04；修回日期：2015-07-10
析软件建立了整体叶轮叶片的铣削模型，通过不同铣削参数组合，揭示了叶片铣削过程中铣削力、切削热及残余应力的变化规律，进而为后序优化关键的工艺参数及叶片加工变形补偿提供了依据，最终达到改善叶片加工精度和提高整体叶轮加工效率的目的。
有限元模拟关键技术处理与模型定义 1
有限元模拟的关键技术包括Johnson-Cook塑性本构模型、材料模型的设置、切屑与工件的分离准则、工件与刀具的接触设置等。上述技术的解决是建立有限元铣削仿真模拟的关键所在，同时对于模拟结果是否准确有着直接的影响[3]。
$基金项目：陕西省工业攻关项目（2012K09-24，2014K07-06）；西安市科技计划项目（CXY1439（3））
作者简介：李林（1990一），男，山东枣庄人，西安建筑科技大学硕士研究生，研究方向为多轴铣削加工工艺，（E-mail）willsendme@163.com；蔡安
江(1965一），男，上海人，西安建筑科技大学教授，博士生导师，研究方向为数字化设计制造技术。