水室封頭銑削加工切削力分析及振動特性研究.pdf

1、隨著近年來我國經濟的高速發(fā)展，對能源的需求量急劇增加，為了緩解能源需求日益增長所帶來的矛盾，核能的開發(fā)與使用是我國目前解決能源問題的最主要的方式之一。核島 AP1000蒸發(fā)器水室封頭是當今世界應用最廣和制造難度最大的第三代核電核心部件。水室封頭部件作為核電站核島一回路的容器，是蒸汽發(fā)生器(SG)的關鍵部件，由于鍛造技術手段無法實現成型鍛造，只能先鍛造出一個近似的長方柱體，全部由機械加工來完成，金屬去除率達到70％左右，銑削加工作為水室封

2、頭加工過程中的主要加工方式，由于508III鋼具有高強度、高硬度、高斷面收縮率等特性，并且在超大瞬時進給量和軸向切深的共同影響下，處于極限懸伸狀態(tài)下的主軸與刀具產生巨大振動，嚴重降低和影響生產效率與表面加工質量；銑削過程中主軸經常處于臨界懸伸狀態(tài)，在大軸向切深和極限瞬時切削厚度的共同影響下，銑削過程中產生嚴重的振動沖擊與顫振，使得加工過程中刀具產生嚴重的破損，且嚴重影響了零件的加工質量與生產效率。為了提高實際加工的生產效率，同時提高零件

3、的加工質量與刀具的使用壽命，因此有必要對水室封頭銑削加工進行切削力分析及振動特性研究。
　　首先，進行水室封頭銑削機床的刀盤與主軸系統(tǒng)模態(tài)分析。先分析銑削加工振動產生特點，針對專用機床(TK6920型數控落地鏜銑床)刀盤(Φ200R8圓弧刀片刀盤)與主軸系統(tǒng)進行三維建模，進行有限元模態(tài)仿真分析；進而在生產現場進行模態(tài)試驗，采集和處理數據并進行試驗模態(tài)分析；通過對比試驗數據與仿真模態(tài)分析結果，得到刀盤與主軸系統(tǒng)的模態(tài)參數，進而為研究

4、銑削過程中振動特性奠定基礎。
　　其次，進行水室封頭現場銑削加工振動特性研究。先通過分析加工過程中的振動產生的原因，并且針對變懸伸量狀態(tài)下的已加工表面質量進行簡分析，通過測得空轉、空轉結合空進給以及切削時振動信號并進行分析，最終得到切削過程中的交變切削力所引起的振動為系統(tǒng)振動的主要成分，并對變懸伸量試驗振動信號進行分析，進一步獲得懸伸改變量對振動的影響，并得到水室封頭加工銑削振動為一種復雜的耦合振動。
　　再次，進行水室封頭

5、加工切削力模型研究。結合前文進行的振動特性分析，針對水室封頭銑削系統(tǒng)進行模型研究，通過分析銑削刀具偏心的跳動模型、銑削刀具與主軸系統(tǒng)的輕微變形模型和進給系統(tǒng)的剛度模型，從而得到加工過程中的實際切削半徑，進而建立以瞬時切削厚度為傳遞函數的切削力模型，最后通過刀具破損的銑削振動數值仿真分析，最終獲得極限偏心跳動下的極限切削力與名義切削力的關系。
　　最后，進行銑削水室封頭技術工藝優(yōu)化及振動預防簡單分析。結合刀具的破損和磨損情況，分析出