涡轮盘枞树型叶根榫槽切削刀具结构优化及强度预测

论文摘要

随着国内电力行业的蓬勃发展,大型电站的相继建立,汽轮机容量也在不断增大,对汽轮机行业的设计和加工能力提出了更高的要求。轮槽的加工技术是汽轮机转子加工的关键技术之一,其加工刀具的切削性能直接影响轮槽的加工效率、加工质量和加工成本。本文针对涡轮盘枞树型叶根榫槽的加工,进行了榫槽拉刀结构的优化设计和榫槽拉刀自动设计系统的开发,并对涡轮盘枞树型叶根榫槽加工的拉刀、铣刀进行了强度分析。首先,根据涡轮盘材料的切削加工性,选择合适的拉刀材料,对榫槽型面的技术要求和总余量进行分析后,按照粗拉刀高效、精拉刀高质的原则确定拉削方式和拉削余量的分配。在此基础上综合工件材料,榫槽型面的特点,确定拉刀结构几何参数,完成拉刀设计。其次,通过拉刀设计过程作为编制程序的依据,遵循软件工程的原则和方法,设计出了拉刀CAD系统的总体设计方案,以Visual Basic 6.0作为开发平台,利用OOP技术以及ARX技术,采用功能模块化的编程方法,开发出了拉刀设计系统。最后,在刀具强度分析方面,选用UG与ANSYS作为实体模型建立及有限元分析的软件平台,通过建立轮槽刀具的几何实体模型、有限元模型,进而完成对刀具机械应力和热应力分布的分析,以此找出刀具上强度最弱、最容易发生破坏的区域,从而用最方便、快捷的方式为刀具结构的优化设计、切削用量的合理分配与选择、制造工艺的制定提供理论依据。本文介绍的拉刀优化设计能够提高涡轮盘榫齿的加工质量。应用ANSYS对刀具强度进行数值模拟分析,可较精确地掌握刀具上各点的受力情况,了解刀具内部应力的分布规律,获得应力分布图并方便地找出刀具上易破坏的危险点。拉刀设计系统的运用提高设计工作的效率和质量,大大缩短了生产准备周期,节约设计人力资源消耗。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 转子轮槽概述
• 1.2.1 转子轮槽的类型、特点及刀具简介
• 1.2.2 国内外轮槽刀具研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 拉刀优化设计
• 2.1 被加工件结构与切削加工性能分析
• 2.2 加工涡轮盘刀具应具备的条件
• 2.3 拉刀结构设计
• 2.3.1 拉削方式的选择
• 2.3.2 拉刀总余量分配
• 2.3.3 拉刀长度的确定
• 2.3.4 粗拉刀几何参数的确定
• 2.3.5 精拉刀切削部分几何参数的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 拉刀自动设计系统
• 3.1 拉刀设计系统设计总论及技术路线
• 3.1.1 拉刀设计系统设计总论
• 3.1.2 采用的技术路线
• 3.2 设计计算流程
• 3.3 二维工作图纸绘制
• 3.3.1 连接和操作AutoCAD
• 3.3.2 公差生成
• 3.3.3 图纸标注
• 3.4 系统使用说明
• 3.4.1 系统登陆界面与启动设计系统
• 3.4.2 新建设计
• 3.4.3 选择参数及调整
• 3.4.4 计算参数及校核
• 3.4.5 出图
• 3.4.6 保存和打开数据文件
• 3.5 本章小结
• 第4章 有限元分析
• 4.1 轮槽精拉刀强度预测
• 4.1.1 精拉刀实体模型的建立
• 4.1.2 精拉刀有限元模型的建立
• 4.1.3 轮槽精拉刀强度分析
• 4.2 轮槽精铣刀强度预测
• 4.2.1 轮槽铣刀结构分析
• 4.2.2 轮槽精铣刀模型建立
• 4.2.3 轮槽精铣刀强度分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢