改善难加工材料可加工性方法的研究进展

<正>本文叙述了航空航天难加工材料钛合金和高温合金加工方法;并从优选刀具材料、选择合适的刀具几何参数、采用优化的加工工艺参数、选择合适的铣削加工方式和针对难加工典型零件设计新型刀具5方面讨论了提高难加工材料切削效率的方法。     

难加工金属材料放电诱导可控烧蚀高效加工技术

介绍了一种放电诱导烧蚀加工方法,即向加工区域可控地通入氧气,在电火花放电诱导作用下首先对加工材料进行活化,而后伴随着氧气的通入产生金属燃烧反应,利用金属燃烧释放的巨大化学能蚀除材料,从而大大提高材料去除率,并通过控制氧气及采用电火花修整以保障加工表面的质量.该加工方法与被加工材料的力学性能无关,仍然属于无宏观切削力方式,其克服了难加工材料机械加工困难及电火花加工效率受制于脉冲电源的难题,适合于“车、铣、钻、成形、打孔”等各种加工形式.该加工方法改变了难加工材料能进行加工的准则,实现了“能烧即能加工”.对淬火Cr12进行放电诱导烧蚀铣削加工,效率比传统电火花加工高10倍以上且表面质量相当;进行放电诱导雾化烧蚀深盲型孔加工,蚀除效率为电火花的5.45倍,最大加工深度达到132mm且还能继续加工.     

电弧放电加工——航空难切削材料的高效加工技术

随着越来越多的新型材料在航空航天产品上得到应用,这些材料的特殊成分及组织也给现有的加工技术带来了新的挑战.通过充分发挥电弧的高温和高能量密度优势,结合有效的断弧手段,可以实现难切削材料的高效蚀除,为后续精加工去掉绝大多数的余量.介绍了电弧放电加工的主要原理,分析了现有的电弧加工方法尤其是可用于航空航天产品加工的电弧铣削及电弧成形加工的工艺特点、加工对工件表面质量的影响等,介绍了这一新型工艺方法在航空航天产品,尤其是发动机热端难加工部件制造上的潜在优势.     

低温热成形工艺在国产铝合金上的应用探讨

直升机铝合金零件的加工工艺,对于高强度、难成形的材料可采用高温热成形方法,拟改善淬火强化后直接成形材料的加工工艺,介绍了不改变材料内部组织结构的低温热成形工艺以及在国产铝合金LC4中的应用。该加工工艺可在淬火时效后的硬状态直接成形,避免了淬火变形后的校形工序,对国产铝合金零件成形有较大的实用价值。     

难加工材料精密孔高效珩磨技术研究进展

珩磨技术凭借加工精度高、材料去除率大的优势,广泛应用于精密孔加工.航空发动机广泛采用高温合金、钛合金、不锈钢等航空难加工材料,其难加工性降低了珩磨加工的材料去除及误差修正能力,限制了珩磨工艺在航空发动机精密孔加工中的进一步应用.为突破难加工材料珩磨工艺瓶颈,对难加工材料珩磨工艺特性进行分析,并以高效精密珩磨工艺及工具为切入点,归纳了航空难加工材料精密孔高效珩磨技术现状,并对其发展趋势进行了预测.     

航空难加工材料切削加工技术与刀具应用调查报告

随着全球工业技术的不断发展,各个领域对一些重要零部件材料的机械性能和力学性能(强度、硬度、耐热性、抗磨性、抗拉强度和抗压强度等)的要求在不断提高,特别是航空领域。普通工程材料难以用于航空结构件中,目前高强度难加工材料和低密度轻质材料成为航空结构件的两大类主要材料。随着航空产品中难加工材料使用的增加,难加工材料的切削加工已成为一个难题。如果仍然采用传统材料的加工工艺、加工方法和加工刀具,无论在加工效率还是加工质量上都会大打折扣,且无法保证较低的加工成本。如何实现这些难加工材料的高效加工,既要保证加工效率和加工质量,又要控制加工成本,成为生产中面临的重要问题,必须了解难加工材料的切削加工特性,掌握切削规律和应用的切削工艺。合理的刀具选型和优化的加工方法对于提高难加工材料的加工效率和延长刀具寿命非常重要,特别是在航空零部件的难加工材料加工中尤为重要。本调查以"航空难加工材料切削加工技术与刀具应用"为主题,主要调查对象涉及刀具厂商、航空企业用户和科研机构。其中,刀具厂商包括山特维克可乐满、山高、伊斯卡、瓦尔特、森拉天时、猛龙刀具、德国蓝帜金属加工技术集团、哈量集团、京瓷、埃莫克法兰肯等;航空企业用户包括沈阳飞机工业(集团)有限公司、沈阳黎明发动机(集团)有限公司、西安飞机工业(集团)有限公司、哈尔滨飞机工业集团有限公司和北京航空制造工程研究所等;科研机构包括北京航空航天大学、南京航空航天大学、中国航空工业研究发展中心等。通过对难加工材料切削加工和适用刀具的分析,得到不同工况下难加工材料切削时的注意问题及刀具选择,希望为加工难加工材料、合理选择刀具及提高加工效率提供参考。     

切削难加工材料的刀具选择

随着刀具技术的发展和新型刀具材料的出现,金属切削技术也在不断提高,各种切削技术相继用于加工不锈钢、钛合金、淬硬钢等难加工材料。目前,难加工材料的切削效率还很低,如何有效提高难加工材料的切削效率,降低加工成本,是当前制造业亟待解决的问题之一。     

高压涡轮后轴的机械加工

通过对高压涡轮后轴机械加工的论述，介绍了材料难切，结构复杂，特种工艺应用种类多，工要求高的转子零件的加工方法及过程。     

难加工材料切削加工技术

新型难加工材料由于良好的常温和高温机械性能,在航空航天等领域得到了广泛应用。新型刀具材料和结构、切削工艺方法以及围绕典型材料建立的切削数据系统等正逐渐成为航空难加工材料切削加工中的关键应用技术。     

电-机械断续磨削复合加工新技术研究

本文根据我国工厂现有加工设备相对落后、工艺水平相对较低的情况，针对高温合金这类具有韧性塑性大、粘附严重、强度高等特性的航空难加工材料，提出一种电——机械断续磨削复合加工新方法，目的在于探索出一种能对这类航空难加工材料实现高质高效加工、且经济适用的新技术。文中提出了新方法的加工原理，探讨了其试验装置和脉冲电源，并进行了实验验证。     

Prediction of cutting forces in ball-end milling of 2.5D C/C composites

Machining of carbon/carbon (C/C) composite materials is difficult to carry out due to its high specific stiffness, brittleness, anisotropic, non-homogeneous and low thermal conductivity, which can result in tear, burr, poor surface quality and rapid wear of cutters. Accurate and fast pre-diction of cutting forces is important for milling C/C composite materials with high quality. This paper presents an alternative cutting force model involving the influences of the directions of fiber. Based on the calculated and experimental results, the cutting forces’ coefficients of 2.5D C/C com-posites are evaluated using multiple linear regression method. Verification experiment has been car-ried out through a group of orthogonal tests. Results indicate that the proposed model is reliable and can be used to predict the cutting forces in ball-end milling of 2.5D C/C composites.     

SiCp/Al复合材料切削仿真研究

文摘针对SiC_p/Al复合材料的难加工性,建立了二维有限元切削模型,利用ABAQUS完成复合材料正交切削的动态物理仿真。通过仿真与实验结果的比较,验证模型的准确性。同时,利用该切削模型分析颗粒分布形式、直径及刀尖圆弧半径对切削力的影响。结果表明,SiC颗粒的分布形式对切屑形态和切削力具有明显的影响,颗粒形成团簇不利于复合材料加工。切削力随颗粒直径的增大而减小,随刀尖圆弧半径的增大而增大。     

超声振动切削对耦合颤振的影响

以耦合颤振为研究对象,通过理论分析和实验测量,研究了超声振动切削(UVC)方法对其影响及机理。超声振动切削可以通过控制系统能量摄入抑制耦合颤振。一方面,确定系统发生耦合颤振具有临界能量阀值,系统摄入能量为瞬时切削功率在净切削时间内的积分;建立的临界切削深度模型,表明超声振动切削可以增大临界切深,这表示系统具有更大的切削功率阀值,其原因是超声振动切削方法净切削时间减少,从而在一定切削时间内维持系统能量摄入总量不变,保证切削系统的稳定。另一方面,在相同条件下,超声振动切削可以有效降低平均切削力,减少系统摄入的能量,从而减弱耦合颤振的振动幅度,对其进行抑制。使用自行研制的弱刚度镗杆进行了对比实验,实验结果表明:超声振动切削可以增大临界切削深度且临界切深与占空比成反比;在相同条件下减小了系统振动幅度,获得了更好的加工质量。     

低温等离子体辅助加工综述

随着航空航天、国防科技、能源等领域的快速发展,具有优良机械性能的高强度合金材料及复合材料得到广泛应用,实现这些材料的高效精密低损伤加工具有重要意义。低温等离子体富含活性粒子,能有效改善材料的可切削性,且较易产生、维持和控制,已被广泛应用于难加工材料的辅助加工过程中。在介绍低温等离子体基本特性及分类的基础上,结合国内外低温等离子体辅助加工技术的研究现状,以表面粗糙度、材料去除率、表面损伤、切削力等参数为评价指标,分别阐述了等离子体熔射成形技术、等离子体加热辅助切削技术、冷等离子体射流辅助抛光技术、冷等离子体射流辅助切削技术等的作用机理及效果,并对其发展趋势进行了展望。     

Elliptical vibration cutting of large-size thin-walled curved surface parts of pure iron by using diamond tool with active cutting edge shift

Large-size thin-walled curved surface parts of pure iron are crucial in aerospace, national defense, energy and precision physical experiments. However, the high machining accuracy and surface quality are difficult to achieve due to the serious tool wear and deformation when machining the parts with conventional cutting tools. In this paper, an elliptical vibration cutting (EVC) with active cutting edge shift (ACES) based on a long arbor vibration device is proposed for ultra-precision machining the pure iron parts by using diamond tool. Compared with cutting at a fixed cutting edge, the influence of ACES on the EVC was analyzed. Experiments in EVC of pure iron with ACES were conducted. The evolutions of the surface roughness, surface topography, and chip morphology with tool wear in EVC with ACES are revealed. The reasonable parameters of ultra-precision machining the pure iron parts by EVC with ACES were determined. It shows that the ACES has a slight influence on the machined surface roughness and surface topography. The diamond tool life can be significantly prolonged in EVC of pure iron with ACES than that with a fixed cutting edge, so that high profile accuracy and surface quality could be obtained even at higher nominal cutting speed. A typical thin-walled curved surface pure iron part with diameter ∅240 mm, height 122 mm, and wall thickness 2 mm was fabricated by the presented method, and its profile error and surface roughness achieved PV 2.2 μm and Ra less than 50 nm, respectively.     

预浸料厚坯超声切割工艺研究

 预浸料厚坯超声切割技术,具有无刀具磨损、加工速度快、加工精度高、无粉尘污染等优势,切割质量优异,在国外已得到了广泛应用,而国内目前仍处于初期研究阶段。本文以航空航天应用为主的碳纤维预浸料厚坯为实验材料,研究了切割温度、切割速度以及切割能量等切割工艺参数对切割质量的影响。研究结果表明,对于一定厚度的预浸料厚坯,最优的切割工艺参数组合:切割温度为5℃,切割速度为1.0 m/min,切割能量为8级。该研究方法与研究成果为超声切割技术在预浸料切割中的应用奠定了基础。     

基于域对抗门控网络的变工况刀具磨损精确预测方法

刀具磨损的精确预测对保证零件加工质量、提高生产效率和降低制造成本具有重要作用。在实际加工过程中,切削参数、刀具几何参数、刀具材料等工况复杂多变,工况信息和刀具磨损量对监测信号的耦合作用为刀具磨损的精确预测带来了很大挑战。针对以上问题,提出了一种基于域对抗门控网络（DAGNN）的变工况刀具磨损精确预测方法。引入工况分类网络并利用无磨损量标签样本,通过域对抗和门控过滤机制自适应地从不同工况的原始监测信号中提取表征刀具磨损且对工况变化不敏感的关键信号特征。对信号特征提取网络和刀具磨损预测网络进行迭代优化,从而实现变工况刀具磨损的精确预测。实验结果表明：相比已有的方法,本文方法能够利用少量带磨损量标签的目标工况样本实现刀具材料和刀具直径变化情况下的刀具磨损量精确预测,预测精度大幅提高。     

单向碳纤维复合材料直角自由切削力的研究

以单向碳纤维复合材料(UCFRP)直角自由切削为研究对象,给出了纤维方向角0°~90°范围内的水平和垂直两方向切削力的理论计算方法。基于切削实验观察,发现在小切削厚度下,刀具刃口半径的作用应当考虑到切削力的计算中去。将切削区分为3个变形区分别计算切削力,总的切削力即为此3个变形区切削力之代数和。计算方法中考虑了刀具前角、刀具刃口半径、切削厚度、材料力学性能等多方面实际因素,发现纤维方向角、刀具前角、切削厚度等因素均对切削力的变化有较明显的影响。经计算值与实验数据对比,发现两者间有较好的一致性。     

Cutting tool temperature prediction method using analytical model for end milling

Dramatic tool temperature variation in end milling can cause excessive tool wear and shorten its life, especially in machining of difficult-to-machine materials. In this study, a new analyt-ical model-based method for the prediction of cutting tool temperature in end milling is presented. The cutting cycle is divided into temperature increase and decrease phases. For the temperature increase phase, a temperature prediction model considering real friction state between the chip and tool is proposed, and the heat flux and tool-chip contact length are then obtained through finite element simulation. In the temperature decrease phase, a temperature decrease model based on the one-dimension plate heat convection is proposed. A single wire thermocouple is employed to mea-sure the tool temperature in the conducted milling experiments. Both of the theoretical and experi-mental results are obtained with cutting conditions of the cutting speed ranging from 60 m/min to 100 m/min, feed per tooth from 0.12 mm/z to 0.20 mm/z, and the radial and axial depth of cut respec-tively being 4 mm and 0.5 mm. The comparison results show high agreement between the physical cutting experiments and the proposed cutting tool temperature prediction method.     

Tool Materials Rapid Selection Based on Initial Wear

Based on a large amount of literature about tool wear research, 873 tool wear curves are taken as samples, and statistical analysis is carried out to select the most suitable tool from all the tool materials suggested by the tool manufacturers. Statistical relationships between the initial wear and uniform wear periods are obtained. The results show that there is qualitative relationship between wear rate during initial wear period (WRIWP) and wear rate in uniform wear period (WRUWP) to certain extent. On this basis, a tool material rapid selection method based on the initial wear is put forward, and suitable tool materials for machining titanium alloy are selected. The experimental results indicate that this method is effective and useful. The new tool materials rapid selection can be used to select suitable cutting tool materials quickly before carrying out systematic machinability tests with the most suitable tool materials. The technology can be applied to doing the initial selection of cutting tool materials in either the machinability research or the workshop production.