[00113667]热-力耦合变截面涡旋盘高速精密铣削微观形貌与变形控制研究

①课题来源与背景：复杂型面涡旋盘是涡旋机械的关键零部件,对涡旋机械性能有至关重要的影响。等截面型线涡旋盘在多圈数、大排量应用中较大的受力和变形导致泄漏损失严重,影响涡旋机械的效率和可靠性。现有变截面涡旋盘加工理论不能揭示涡旋盘微观形貌形成和涡旋齿变形机理,无法满足高表面质量和小变形的涡旋盘加工要求。 ②研究目的与意义：本项目以热-力耦合变截面涡旋盘高速精密铣削为研究对象,以提高涡旋齿侧壁面加工质量、实现涡旋齿均匀变形为目标。为复杂型面零件的精密制造提供理论基础与技术支撑,进一步推动高效、节能、环保涡旋机械产品的研制。 ③重要论点与论据：基于Frenet标架建立了等壁厚、渐变壁厚和变壁厚涡旋齿数学模型,分析了各类型 线几何特性,制定了变截面涡旋盘型线优选策略;进行热-力耦合高速铣削涡旋盘系统动力学理论与实验研究,建立变截面涡旋齿的动态切削力模型、温度场模型和切削仿真模型,研究高速铣削变截面涡旋盘颤振现象,揭示涡旋齿变形机理和变形规律,得到了最佳的铣削工艺参数组合;完成变截面涡 旋齿三维形貌测量与表征,测量45#钢及硬铝7075材料三段基圆渐开线变截面涡旋齿侧壁面形貌,运用一维和二维功率谱密度方法量化表征涡旋齿形貌的频率-空间分布信息,定量研究高速铣削过程工艺参数、材料参数对侧壁面形貌和表面形貌的影响规律及其作用机理。 ④创建与创新：阐明涡旋齿变形与动态载荷及壁厚变化的关联规律;创新侧壁面形貌和涡旋齿变形控制策略,形成“变截面涡旋型线设计与加工”理论。研究结果为变截面涡旋齿高速精密铣削加工和变形控制提供基础数据和参考依据,为复杂型面关键零部件的精密制造提供理论基础与技术支撑。 ⑤社会经济效益：将本项目提出的基于 Frenet 标架型线设计理论、泄露量计算模型、动态切削力建模方法和涡旋齿变形控制策略等理论成果应用在了制冷涡旋压缩机、汽车空调、涡旋式鼓风机等机械产品开发中,形成具有自主知识产权的设计方法和数据库,既为复杂型面涡旋零件设计与加工奠定坚实的基础,又为加速我国涡旋机械自主设计提供帮助。 ⑥历年获奖情况：2017年获甘肃省机械工程学会科技进步二等奖1项;2018年甘肃省机械工程学会科技进步一等奖2项;2019年甘肃省机械工程学会科技进步二等奖1项;2019年甘肃省高校青年教师成才奖1项;2020年兰州理工大学优秀博士学位论文奖1项。