● 摘要
随着对航空发动机高推重比、高性能的发展需要，高强高温合金整体叶盘在发动机设计中得到广泛应用。高强高温合金GH4169G是一种新型难加工材料，且整体叶盘具有典型的薄壁悬臂梁结构，这使得高强高温合金整体叶盘切削加工效率极低、加工过程稳定性差。因此，开展高强高温合金整体叶盘的切削加工关键技术研究，为整体叶盘高效稳定加工提供技术指导和理论依据，从而保证新型航空发动机研制的顺利进行具有重大意义。本文围绕高强高温合金(GH4169G)的高效切削和整体叶盘加工关键技术，开展的主要工作和取得的研究成果如下：
对高强高温合金整体叶盘加工工艺进行了研究。基于整体叶盘的几何结构特点，对高强高温合金整体叶盘的数控切削加工存在的工艺难点进行了分析，在此基础上设计了适合高强高温合金整体叶盘加工的总体工艺路线。根据提高整体叶盘铣削加工中刚度，减少加工变形的原则，设计研究了适用于整体叶盘稳定铣削加工的装夹方案。
对高强高温合金的切削机理进行了研究。针对GH4169G材料，采用单因素、多因素正交实验方法对其切削机理与切削加工性能进行了研究。基于大量实验结果，分析了切削速度、每齿进给量、径向切深、刀具磨损对切削力的影响规律，总结了各切削参数对GH4169G切削温度的影响规律，另外分析了切削速度对表面粗糙度的影响，为整体叶盘铣削切削参数的选择及后续参数优化提供了依据。
对机床、工件、刀具等组成的工艺系统进行了锤击模态实验，对工艺系统的动态特性进行了分析，得到了机床主轴头九阶振型，通过模态分析得到了机床主轴的振动规律，通过动力学仿真得到了机床-刀具颤振稳定域叶瓣图。然后研究了轴向逐层加工方法和径向逐层加工方法对整体叶盘薄壁叶片加工稳定性的影响，分析得出轴向逐层加工方法稳定性较好，为整体叶盘叶片工艺设计实现稳定铣削奠定了基础；最后基于有限元分析对比了传统双面对称铣削与阶梯铣削对叶片刚度的影响，沿叶身方向对叶片进行阶梯铣削可增强薄壁叶片刚性，使加工过程更稳定。
对整体叶盘粗加工走刀策略开展研究，并对粗加工走刀策略进行了优化，使得整体叶盘粗加工工艺得到简化。通过分析叶片法向余量和刀具径向切削位置对整体叶盘动态特性的影响，得到了合理的整体叶盘薄壁叶片余量设计方案，能较好地改善其动态特性，保证稳定加工。
以提高整体叶盘铣削加工效率为目标，在机床主轴功率、扭矩范围内，以切削力、切削速度、切削区温度、颤振稳定域等为约束条件，基于数控铣削加工动力学仿真与优化系统e-Cutting对铣削加工参数进行了仿真优化，并在某型航空发动机整体叶盘上基于优化后的参数进行了实验验证，优化后的切削参数提高了整体叶盘铣削加工效率，实现了整体叶盘的稳定加工。