Fretting wear behaviour of machined layer of nickel-based superalloy produced by creep-feed profile grinding

Fretting wear has an adverse impact on the fatigue life of turbine blade roots. The current work is to comparatively investigate the fretting wear behaviour of the nickel-based superalloy surfaces produced by polishing and creep-feed profile grinding, respectively, in terms of surface/subsurface fretting damage, the friction coefficient, wear volume and wear rate. Experimental results show that the granulated tribolayer aggravates the workpiece wear, while the flat compacted tribolayer enhances ...     

超声ELID 复合磨削磨削力模型研究

以ELID 电解原理为基础,结合超声振动辅助磨削过程中单颗磨粒的运动学分析,建立了超声 ELID 复合磨削条件下的磨削力数学解析模型,并对模型进行了分析和仿真。对模型的分析表明:超声振动改 变了磨粒的运动轨迹,使同等条件下的未变形切屑厚度减小,砂轮的在线电解修整使磨粒始终处于锋锐状态, 而且影响砂轮的实际切削深度,进而对磨削力产生影响。磨削力随着超声振动频率、振幅、电解电压、脉冲比、 电解液电阻率的增大而减小;随着切削深度、工件速度的增大而增大。     

航空发动机整体叶盘磁力研磨光整实验

磁力研磨工艺抛光整体叶盘时,工件与磁极干涉严重,用径向磁极代替轴向磁极加工可有效避免干涉,但研磨压力小、研磨效率低.通过对磁力研磨径向磁极加工机理和单个研磨粒子的微观受力情况详细分析得到:提高磁场强度变化率可有效增大磁力研磨效率.经有限元模拟分析发现磁极表面沿轴线方向开矩形槽可使磁场强度变化率提高.对镍基高温合金材质整体叶盘进行磁力研磨实验,并对实验数据分析研究得出:以径向磁极为工具的磁力研磨法可实现对整体叶盘的无干涉加工,磁极开矩形槽后磁力研磨效率可提高31%,叶盘表面粗糙度值由研磨前的1.2μm降至0.18μm,验证了磁力研磨工艺对高效、高质量实现整体叶盘表面光整加工的可行性.      

单颗磨粒磨削实验及其数值模拟的研究进展

单颗磨粒磨削是研究复杂磨削机理的重要手段,本文从单颗磨粒磨削过程和磨粒形状的角度阐述了磨削基础理论;概述了国内外学者以实验研究单颗磨粒的材料去除、切削力行为;基于数值模拟,探讨了不同工艺参数对单颗磨粒磨削力、磨削温度、工件表面质量的影响规律。最后就这一方向的深入研究工作做了展望。     

单颗磨粒磨削仿真研究进展

概述了传统磨削仿真的基本方法及发展过程,总结了磨粒模型和工件模型的研究现状,具体分析了有限元法、光滑流体粒子动力学法、分子动力学法以及综合仿真方法等应用于单颗磨粒磨削材料的去除机理、成屑机理、工件表面质量以及磨粒磨损等仿真中的研究现状,最后阐述了各类仿真方法的局限性,并提出了单颗磨粒磨削仿真进一步的发展前景。     

Grinding force and surface quality in creep feed profile grinding of turbine blade root of nickel-based superalloy with microcrystalline alumina abrasive wheels

Creep feed profile grinding of the fir-tree blade root forms of single crystal nickel-based superalloy was conducted using microcrystalline alumina abrasive wheels in the present study. The grinding force and the surface quality in terms of surface topography, subsurface microstructure, microhardness and residual stress obtained under different grinding conditions were evaluated comparatively. Experimental results indicated that the grinding force was influenced significantly by the competing predominance between the grinding parameters and the cross-sectional root workpiece profile. In addition, the root workpiece surface, including the root peak and valley regions, was produced with the large difference in surface quality due to the nonuniform grinding loads along the root workpiece profile in normal section. Detailed results showed that the surface roughness, subsurface plastic deformation and work hardening level of the root valley region were higher by up to 25%, 20% and 7% in average than those obtained in the root peak region, respectively, in the current investigation. Finally, the superior parameters were recommended in the creep feed profile grinding of the fir-tree blade root forms. This study is helpful to provide industry guidance to optimize the machining process for the high-valued parts with complicated profiles.     

振动辅助抛光的原理分析与实验研究

首先从理论上分析了振动辅助抛光的加工过程,通过建立单颗磨粒冲击工件的数学模型,分析了振动参数变化引起硬脆材料的塑-脆去除方式转变机制。采用LY-DYNA软件对球形和锥形磨粒冲击工件的仿真分析结果表明：随着振动参数的增强,磨粒切入深度增加,达到临界切削深度后产生裂纹脆性去除,从而能够实现工件材料的额外去除。在实验平台上开展的径向振动抛光实验结果表明：引入振动后抛光去除效率显著提升,证明了理论分析的正确性。     

不锈钢镜面的游离磨粒精密加工

利用游离磨粒加工方法对马氏体平面不锈钢SUS440C试件进行精密加工.通过田口实验方法对研磨阶段的工艺参数进行了优化,涉及的工艺参数包括研磨盘转速、加工载荷和加工时间.利用优化的研磨工艺加工后试件表面粗糙度达Ra72nm.抛光过程中使用聚氨酯抛光垫和二氧化硅磨粒,经抛光后试件表面粗糙度达Ra8nm、表面呈镜面.     

实现高效率低损伤研磨加工的磨料优化研究

大功率激光系统对于熔石英光学元件提出了苛刻的加工要求,研磨作为加工环节之一,对于光学元件的加工周期和损伤控制具有非常重要的作用。采用计算机控制小磨头方法进行研磨加工时,在加工工艺参数相同的条件下,磨料是直接决定效率和损伤的关键因素。本文分别从材料去除效率和研磨加工损伤两方面对磨料进行对比分析,通过理论仿真得出磨料的规律特性,再结合实验研究进行规律验证,基于高效率和低损伤进行磨料优化选取,并讨论分别给出粗研、精研的磨料和工艺。     

TC4钛合金高速外圆磨削表面完整性实验

为充分发挥钛合金的优良性能,以TC4为研究对象进行高速外圆磨削实验,分析外圆磨削工艺参数对工件表面完整性的影响规律。结果表明:工件亚表面未出现变质层;随着砂轮线速度提高,表面质量提高;随着工件转速提高,表面划痕明显;随着磨削深度增加,出现表面烧伤现象,并且磨削深度对表面完整性的影响程度最大;磨削力与磨削温度对表面硬度的影响是正相关的,且磨削力对表面硬度的影响程度较大。因此可以通过选择合理的工艺参数来保证较大的材料去除率与较好的工件表面质量,为TC4钛合金高速外圆磨削提供指导。     

磨粒建模方法与切削过程仿真研究

针对砂轮表面上磨粒形状不规则、尺寸不确定的几何特征,研究了模拟实际磨粒的几何建模方法。采用随机空间平面切分正六面体的方法构建了具有实际磨粒几何特征的不规则多面体结构磨粒。基于LS-DYNA软件,采用流固耦合有限元法模拟了不规则多面体结构磨粒的切削过程。分析切削过程中工件材料的应力分布规律与切削变形规律,得出结论:工件材料的加工应力主要集中在与磨粒切削刃及棱角接触的区域;切屑沿磨粒挤压前面向上流动,并于挤压面法向方向上流出;磨粒挤压前角的增大有利于切屑的形成。利用陶瓷立方氮化硼(CBN)砂块进行了磨粒划擦试验,试验结果证实了磨粒切削仿真结果的准确性。     

Cutting force model and damage formation mechanism in milling of 70wt% Si/Al composite

High-mass fraction silicon aluminium composite(Si/Al composite) has unique properties of high specific strength, low thermal expansion coefficient, excellent wear resistance and weldability. It has attracted many applications in terms of radar communication, aerospace and automobile industry. However, rapid tool wear resulted from high cutting force and hard abrasion, and damaged machined surfaces are the main problem in machining Si/Al composite. This work aims to reveal the mechanisms of milli...     

可磨耗封严涂层的冲蚀磨损特性及模型

抗冲蚀性是可磨耗封严涂层最重要的性能。在自制的真空自由落砂试样旋转式冲蚀磨损试验机上对几种中温封严涂层的冲蚀磨损特性及机理进行了研究。实验结果表明,冲蚀失重与冲蚀时间具有良好的线性关系;在60°时冲蚀率最大;冲蚀率与冲蚀速度有幂函数关系,速度指数随冲蚀角度增大而增大;90°冲蚀时,涂层的冲蚀机理为冲击粒子在涂层表面冲击挤压,产生凹坑和凹坑边缘凸起的唇片,随后的冲蚀使唇片流失;粒子的不断冲击使表层金属相松动,导致呈颗粒状剥落。30°冲蚀时涂层的冲蚀机理为切削、犁削并有孔洞、非金属相贯通效应。在此基础上提出了封严涂层的冲蚀磨损模型。     

PCD刀具车削不同颗粒含量SiCp/Al复合材料试验研究

碳化硅铝基复合材料具有优良的导热性、较高的比强度和比刚度,在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于此复合材料中含有增强相,导致材料的切削加工性能变差。通过试验分析了不同颗粒体积分数(纳米级5%、微米级25%)SiCp/Al复合材料和切削参数(切削速度、背吃刀量、进给量)对刀具磨损和工件表面质量的影响,并对刀具磨损机理进行了研究。试验结果表明,车削微米级25%SiCp/Al材料时聚晶金刚石PCD(Polycrystalline Diamond)刀具磨损更严重,且工件表面质量更差。随着进给量和背吃刀量的增大,工件表面粗糙度值增大,刀片前刀面磨损严重;随着切削速度的增大,工件表面粗糙度值减小,刀片前刀面磨损量增大。选取本文切削参数进行SiCp/Al复合材料的切削加工时,发现刀具磨粒磨损、微崩刃是PCD刀具后刀面磨损的主要成因,且刀具前刀面也会产生积屑瘤。研究结果可为SiCp/Al复合材料PCD车削工艺的优化提供理论基础。     

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明：随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30 s;扫描速度2 000 mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。     

Interference and grinding characteristics in ultra-precision grinding of thin-walled complex structural component using a ball-end grinding wheel

As for ultra-precision grinding of difficult-to-process thin-walled complex components with ball-end grinding wheels, interference is easy to occur. According to screw theory and grinding kinematics, a mathematical model is established to investigate the interference and grinding characteristics of the ball-end wheel. The relationship between grinding wheel inclination angle, C axis rotation angle, grinding position angle and grinding wheel wear are analyzed. As the grinding wheel inclination angle increases, the C axis rotatable range decreases and the grinding position angle increases. The grinding position angle and wheel radius wear show a negative correlation with the C axis rotation angle. Therefore, a trajectory planning criteria for increasing grinding speed as much as possible under the premise of avoiding interference is proposed to design the grinding trajectory. Then grinding point distribution on the ball-end wheel is calculated, and the grinding characteristics, grinding speed and maximum undeformed chip thickness, are investigated. Finally, a complex structural component can be ground without interference, and surface roughness and profile accuracy are improved to 40.2 nm and 0.399 μm, compared with 556 nm and 3.427 μm before ultra-precision grinding. The mathematical model can provide theoretical guidance for the analysis of interference and grinding characteristics in complex components grinding to improve its grinding quality.     

钻地弹斜侵彻混凝土靶的工程计算模型

为了研究侵彻过程中钻地弹受力不对称性下的运动轨迹,结合动力学基本方程和经典空腔膨胀理论,基于层裂机理,建立了具有倾角和攻角相结合的卵形弹侵彻混凝土的工程模型。利用该模型得到了弹体头部运动轨迹与倾角、攻角以及速度的关系,结果表明侵彻深度随着倾角的增大而明显减小,弹体头部运动轨迹的弯曲弧度也越大;攻角越大,产生的偏转力矩越大。对工程模型进行试验验证,结果吻合较好,该模型能够有效地反映出斜侵彻过程的主要特征,进而说明该模型的适用性与合理性。     

多光谱CVD硫化锌材料的磨削去除机理

为了探究红外光学材料多光谱CVD硫化锌的磨削加工去除机理,对抛光后的多光谱CVD硫化锌材料进行显微压痕和金刚石单颗粒刻划实验研究,并采用金刚石砂轮对材料进行磨削加工。实验研究表明,多光谱CVD硫化锌材料在机械去除过程中出现了弹性和塑性变形现象,萌生的裂纹和破碎主要沿晶界、刻划方向、磨削纹理方向扩展,小的压力可抑制裂纹的萌生和扩展,采用尖头金刚石颗粒可获得破碎和裂纹更少的表面,采用垂直磨削法,磨削后形成了自中心至外缘呈周期性、散射状的磨削纹理。本研究可为多光谱CVD硫化锌红外透镜的精密、超精密加工提供技术依据。     

TiN/Ti强韧涂层在砂尘高速冲蚀下的失效机理

利用高速连续冲蚀试验系统,在不同的冲击角及供砂量下,对有无TiN/Ti强韧涂层的不锈钢试件进行了砂尘高速冲蚀试验,获得了试件的质量冲蚀率。采用扫描电镜(SEM)对涂层损伤表面及断面形貌进行观测与分析,研究TiN/Ti涂层在不同冲击条件下的失效机理。结果表明:TiN/Ti涂层质量冲蚀率随冲击角及供砂量的增加而增加。在低冲击角下,砂尘粒子的切削作用是导致涂层材料剥落的主要原因;高冲击角下,砂尘冲击引起的裂纹萌生及扩展致使涂层材料块状破碎而剥落。TiN/Ti涂层显著提高了不锈钢的抗冲蚀性能,尤其是在低冲击角下。低冲击角下,涂层能将不锈钢的冲蚀性能提高约5倍;高冲击角下能提高约2倍。      

ZrO2陶瓷切向超声辅助磨削表面及亚表面损伤机制

为进一步揭示切向超声辅助磨削过程中硬脆材料的表面及亚表面损伤机理,基于应变率模型对其磨削过程中材料的动态力学性能进行分析,并在此基础上建立了硬脆材料的脆-塑转变临界切削深度模型与微裂纹损伤深度模型。研究发现,脆-塑转变临界切削深度和微裂纹损伤深度均与应变率有关,其中临界切削深度随着应变率的增加而增加,而横向裂纹损伤深度与中位裂纹损伤深度均随应变率的增加而减小。通过ZrO₂陶瓷切向超声辅助磨削试验进行验证。试验结果表明：由于切向超声振动的引入提高了材料应变率,进而提高了材料的动态断裂应力以及动态断裂韧性,从而扩大了ZrO₂陶瓷的塑性域去除范围,降低了加工表面的横向裂纹与中位裂纹损伤深度,使得ZrO₂陶瓷的表面及亚表面质量得到明显改善。试验结果与理论分析相一致,为进一步揭示切向超声辅助磨削过程中硬脆材料的表面及亚表面微观损伤机理提供了理论参考。