氮气油雾介质下Ti-6Al-4V钛合金高速铣削试验研究

通过以氮气油雾作为切削介质的切削方法,应用硬质合金刀具对T i-6A l-4V钛合金材料进行了高速铣削试验,分析了铣削过程中的切屑形成、刀具磨损、已加工表面粗糙度等因素的变化。对氮气油雾介质下的钛合金高速铣削机理进行了探讨,同时通过氮气油雾介质、空气油雾介质以及干切削状况下的钛合金高速铣削对比试验,证明了以氮气油雾为切削介质进行钛合金高速铣削的可行性。研究结果表明,与空气油雾介质及干切削相比,氮气油雾介质下的钛合金切屑表面较为平整,刀具磨损与已加工表面粗糙度均相对较低。利用氮气油雾作为切削介质,是实现钛合金绿色高速切削加工的有效方法。     

高速铣削速度对TC4钛合金表面完整性影响机理

通过TC4钛合金的高速铣削加工实验,研究了铣削速度对钛合金已加工表面完整性的影响规律.利用专业金属切削加工有限元软件AdvantEdge,对TC4钛合金高速铣削过程进行了二雏模拟仿真.获得了在不同铣削速度下的温度场分布以及铣削速度对刀具前后刀面切削温度的影响规律.基于仿真结果,分析了TC4钛合金高速铣削速度对表面完整性的影响机理.结果表明:切削区最高温度位于刀一屑接触面上,距离刀尖0.01～0.02 mm的位置.铣削速度对切削温度影响显著.切削温度整体上随铣削速度增加而升高,但当铣削速度为301 m/min时,切削温度有所下降.     

TiN涂层刀具高速铣削铝衬PCB的刀具磨损规律

采用单因素实验比较了不同切削条件下,高速铣削铝衬PCB的TiN涂层立铣刀后刀面磨损VB值的变化。研究冷却方式、主轴转速、每齿进给量对刀具磨损的影响规律。在金相显微镜下观察刀具磨损形貌和分布,发现前刀面上有大量粘结物,并极易产生积屑瘤;而切削路程超过2 000mm时,加工表面质量严重下降,铜箔翻边。     

金属基复合材料的切削加工

选用四种切削性能优良的刀具材料：细晶粒硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石，对两种典型的金属基复合材料即氧化铝纤维增强与碳化硅颗粒和氧化铝纤维混杂增强铝基复合材料的切削加工性进行了全面深入地研究。结果表明：加工混杂增强铝基复合材料时，聚晶金刚石刀具的磨损阻力最大。而加工纤维增强复合材料时，细晶粒硬质合金刀具的磨损率低、工件表面完整性好且加工成本最低。本文对刀具的磨损机理也进行了深入探讨。最后，从刀具磨损和表面完整性观点出发，给出了加工不同金属基复合材料的最佳刀具材料。     

硬质合金刀具高速铣削航空铝合金时的磨损形态及磨损机理

对硬质合金整体立铣刀高速铣削加工航空铝合金时的刀具磨损形态及其磨损机理进行了观察和分析.结果表明:在高速切削条件下,硬质合金整体立铣刀的磨损形态主要表现为涂层破坏、月牙洼磨损、微崩刃、剥落和破损等.磨损机理主要是粘结磨损、扩散磨损以及疲劳磨损.与常速铣削磨损机理的不同之处在于高速旋转形成的热、力耦合的应力场对硬质合金刀具的作用与冲击影响占主导地位.     

铣削淬硬模具钢SKD11铣削表面质量试验研究

为了对高效铣削淬硬模具钢SKD11的新型铣刀进行优选,对不同几何结构的铣刀加工得到的表面质量进行了分析.综合考虑了加工表面粗糙度、切屑微观形态、硬度及硬化层深度、残余应力分布和晶相组织结构变化等多方面因素,研究了不同铣刀的几何特性及其磨损特性对表面质量的影响.实验结果表明,前角5°,后角10°,刀尖圆弧半径为1 mm,铣刀螺旋角为45°的几何结构铣刀完成了表面完整性试验中.此外,在淬硬钢铣削加工中合理地选择加工参数可以获得0.4μm的表面粗糙度;采用合理的正前角可以抑制锯齿形切屑的产生.铣削淬硬模具钢能在加工表面产生残余压应力,通过增加铣刀后角和抑制后刀面磨损可以推迟加工表面软化现象的发生.     

C/SiC复合材料铣削表面完整性研究

采用PCD刀具进行了C/SiC复合材料的铣削加工实验,通过观察加工表面/亚表面损伤,分析了C/SiC复合材料铣削加工表面形成机制,并结合切削力讨论了铣削参数对加工表面形貌和粗糙度的影响。研究结果表明,C/SiC材料以脆性断裂方式实现去除;加工表面存在纤维的层状脆断、拔出和纤维束断裂等现象;碳纤维区域粗糙度随铣削参数的变化规律与表面微观形貌基本一致;提高切削速度能改善表面质量,增大切深会使表面质量严重恶化,每齿进给量对表面质量影响较小。     

氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损

钛合金铣削加工中的一个突出问题是刀具寿命短，容易出现缺口，崩刃和剥落等现象，因而限制了它的进一步推广和使用。目前，为了提高刀具寿命，人们主要利用切削液来减小铣削过程中的摩擦和热量。然而，由于切削液会对环境造成污染，不符合绿色制造先进理念的要求。本通过大量的试验，对氮气介质下铣削钛合金时的刀具寿命和磨损特征进行了分析和研究，从而得出了在氮气介质下铣削钛合金比干铣 具有明显优势的理论，探讨了氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损机理，得出了高速钢刀具在氮气介质下铣削和干铣削钛合金时刀具寿命的泰勒公式。     

铣削工艺参数对镍基粉末高温合金650℃低周疲劳寿命的影响（英文）

研究了不同铣削工艺对疲劳损伤的影响规律。对采用4种工艺加工的试样进行了650℃高温空气环境下的低周疲劳试验。分别采用粗糙度表征方法、背向散射电子衍射技术和纳米压痕测试以获得试样的表面粗糙度、残余应力和加工硬化。测试结果表明,采用电火花线切割方法加工的试样疲劳寿命最高(平均80 360循环),有最低的表面粗糙度(0.226)和残余应力;而钝刀具加工的试样疲劳寿命最低(平均43 978循环),相较于电火花线切割试样的疲劳寿命下降了45%。扫描电镜表征结果表明,疲劳裂纹主要由粗大的非再结晶晶粒和加工缺陷引发。铣削加工方法和参数对疲劳损伤程度和疲劳寿命有重要影响。     

聚晶金刚石刀具铣削Ti40阻燃钛合金失效机理

选用3种不同粒度金刚石（0.5,10和30 μm）的聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)刀具铣削加工Ti40阻燃钛合金，结合三维视频显微镜与扫描电镜观测刀具形貌，分析金刚石粒度对刀具磨损和破损行为的影响，揭示PCD刀具的失效机理。研究发现，金刚石粒度越小，PCD刀具的耐用度越高。在铣削加工的力-热冲击作用下，PCD刀具的磨损主要表现为磨粒磨损和粘结磨损，而破损初期表现为以微裂纹、前后刀面剥落和微崩刃为主，后期发生了局部碎裂。剥落和微崩刃主要发生在PCD刀具的前、后 刀面临界切深2.5~3.0 mm处，微裂纹是导致发生剥落和微崩刃的主要因素。     

TC6钛合金激光喷丸纳米组织特性及热稳定性研究(英文)

应用Nd:YAG高功率激光器对TC6钛合金试样进行了激光喷丸,对部分强化试样623K真空保温10h。应用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射电镜(EBSD)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等设备对试样强化层形貌和纳米组织进行检测,采用显微硬度计进行显微硬度测量。测试结果表明:TC6钛合金激光喷丸表面完整性好,未在表面引入微裂纹,表面粗糙度较传统表面强化低;激光喷丸后距离表面200μm范围内α相在冲击波作用下压缩伸长,α相和β相细化,保温后SEM测试显示强化层组织和强化层深度未发现明显变化;强化后衍射峰变宽,说明强化层发生剧烈塑性变形导致晶粒细化,并留有残余应变,未发现新的衍射峰说明强化过程中没有发生相变;强化后TC6钛合金表层产生纳米晶,保温后强化层位错密度降低,纳米晶晶界更加清晰,未发现纳米晶长大;激光喷丸硬度影响层达500μm,表面硬度提高12.2%,保温后表面显微硬度降低10HV0.5,硬化深度未发现变化。以上研究表明,TC6激光喷丸纳米组织和显微硬度在623K温度下具有较好的热稳定性,有利于提高钛合金的抗疲劳、抗磨损和抗应力腐蚀的性能,从而突破了美国规范AMS2546中关于钛合金只能在589K温度下应用的限制。     

页轮干式磨削Ti6Al4V合金

进行了Ti6A14V合金锆刚玉页轮和碳化硅页轮的磨削性能试验研究，分析了磨削用量对磨削力、磨削温度和磨削表面完整性的影响。磨削力通过KISTLER9265B测力仪测定，磨削表面温度由NIUSB-621X信号采集系统测得，磨削表面形貌和金相组织由HiroxKH-7700型体视显微仪和Quanta200型扫描电镜（SEM）观察，表面粗糙度由Mahr Perthometer M1粗糙度仪测得，表层显微硬度通过HVS—1000硬度计测定。研究结果表明：页轮磨削钛合金工件表面没有发生烧伤现象，磨削热影响区厚度小于50μm，锆刚玉页轮比碳化硅页轮更适合干式磨削钛合金。     

喷丸强化10Ni3MnCuAl钢的表面性能

对10Ni3MnCuAl钢磨削表面进行不同强度的喷丸强化处理,分析了喷丸强化后10Ni3MnCuAl钢的金相组织及喷丸表层下微观结构的变化,测量了喷丸影响层的显微硬度以及喷丸强化所形成的残余压应力场, 研究了喷丸所造成显微硬度、金相组织和表面残余应力等表面完整变化.结果表明, 喷丸强化可显著改善10Ni3MnCuAl钢表面完整性及其疲劳寿命. 喷丸强度高时将产生过喷效应,导致疲劳寿命的降低,实验测得最佳喷丸强化弧高值为0.40 mm时表面质量最好,喷丸影响层的残余应力深度达450 μm.     

柔性电极电火花强化钛合金表面性能

采用旋转的柔性铜电极与钛合金表面在高频脉冲电源的作用下进行电火花表面强化,使空气中的氧等元素在放电形成的高温高压条件下与钛合金表面发生反应。结果表明:该试验条件下可以使钛合金表面硬度相对基体提高237%～399%;强化层厚度达到21～157μm;通过能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析表明,在钛合金表面生成了钛的氧化物等强化物质和钛与铜、锌等的合金;强化表面不存在明显的传统放电蚀除凹坑,但有明显机械刮磨涂覆痕迹,同时单脉冲放电能量被分散,使得表面粗糙度值的提高量较小且可控;在氢氟酸和硝酸混合溶液中,强化层具有较高的抗腐蚀能力,经过点面磨损测试表明,强化层表面耐磨性能相对于基体表面有显著提高。经强化,能够获得具有良好耐磨性、抗腐蚀性、表面良好的钛合金。     

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验.对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切刺力波形的影响.然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律.通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钦合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度.分析结果为PCD刀具高速铣削钛合全的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础.     

基于轮廓搜索的机匣铣削毛坯模型自动构建方法

针对发动机机匣零件铣削毛坯模型构建中,表面凸台回转轮廓获取困难,凸台轮廓之间以及凸台轮廓与回转体轮廓之间组合难处理,毛坯构建效率低且余量分布不均的问题,提出了基于轮廓搜索的机匣铣削毛坯模型自动构建方法。用离散的方法得到复杂形状凸台特征的回转轮廓,将凸台特征与回转体特征的回转轮廓旋转投影到草图平面,结合加工余量、车削刀具尺寸等工艺信息进行毛坯轮廓搜索,进而得到余量分布均匀且符合工艺要求的铣削毛坯。该方法对机匣回转体与表面凸台进行统一轮廓搜索,并充分考虑加工工艺,能处理具有复杂表面凸台的机匣零件,效率高、通用性好;所得毛坯余量分布均匀,减小铣削材料去除量,有助于提高铣削加工效率。     

带气膜冷却结构的高超声速平板不同前缘形状下表面传热特性研究

当带红外成像制导系统的飞行器在稠密大气层内做高超声速飞行时,必须采取主动冷却方式防止严重气动加热造成的窗口材料热畸变以及复杂流场造成的气动光学畸变。本文根据成像窗口周围流动具有受高超声速钝头体绕流和气膜冷却结构(即背面为空腔的超声速后台阶)共同作用的特点,在 KD-01高超声速炮风洞中开展了带气膜冷却结构的高超声速平板在不同前缘形状下表面传热特性的试验研究,测量了 Ma8来流条件下喷缝下游表面传热系数,试验获得了2种前缘形状的带气膜冷却结构的高超声速平板喷缝周围瞬态流场 NPLS 图像。通过分析试验数据,得出以下结论:对于带气膜冷却结构(气膜不工作状态)的高超声速平板,模型前缘的形状对喷缝下游区域的表面热流整体分布有明显影响,在钝前缘情形下,表面热流分布接近相同前缘形状的平板边界层为层流状态时的表面热流分布;在尖前缘情形下,表面热流分布则表现出从层流边界层状态向充分发展湍流边界层状态变化的特性;喷缝下游分离和再附区表面传热特性和超声速后台阶流动类似,取决于喷缝上缘处边界层相对厚度。