CHIP FORMATION MODEL OF TITANIUM ALLOYS

钛合金的切屑变形从低速起就是一种典型的集中剪切滑移，这种集中剪切滑移在高速切削大部分难加工材料时是一种普遍现象。本文研究了钛合金加工的切屑形成过程并提出了描述集中剪切切屑形成过程的三阶段模型。该模型解释了集中剪切切屑节块如何启动、梯形化并最终形成锯齿形切屑。     

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。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。     

精密加工中切削方向毛刺生成机理的研究(英文)

金属切削毛刺是切削加工中产生的常见现象之一。本研究以金属切削实验为基础 ,对二维精密切削中切削方向毛刺的形成过程、主要影响因素及其变化规律进行了系统的实验研究和相应的理论分析 ,结果表明 :( 1 )切削方向毛刺形成过程为正常切削、挠曲变形、弹性效应、继续切削和剪切断裂分离 ;( 2 )发现了切削方向毛刺形成过程中的切屑与工件表面剪切断裂分离的特殊现象 ;( 3)切削方向毛刺尺寸和形态随着切削条件和刀具几何参数的变化而变化。     

Ti6Al4V钛合金深孔枪钻加工切屑成形机理（英文）

深孔枪钻加工过程中,切屑形貌是影响其加工质量的一个重要因素,并且切屑的成形机理与工艺参数之间的关系也一直是深孔加工研究的难点。本文以Ti6Al4V钛合金为研究对象,一方面,通过理论分析了枪钻加工螺旋形切屑成形的4个过程和影响因素;另一方面,借助于扫描电镜检测研究了Ti6Al4V钛合金枪钻加工切屑的断裂机理;最后,通过加工试验和流场仿真,分析了切削速度、进给量和冷却液油压变化对切屑形貌的影响,结合切屑厚度测量得出了切屑压缩比与表面粗糙度的关系。研究结论对Ti6Al4V钛合金深孔枪钻加工工艺参数的优化提供了指导。     

振动频率对超声辅助切削温度影响的仿真研究

钛合金为难加工材料,被广泛应用于航天航天等领域,近年来,超声振动在钛合金切削加工方面得到广泛的运用。在实现断续切削的情况下(2πfa3Vc),运用Adevant Edge软件建立了反映温度场分布的超声振动车削有限元模型,并用该模型仿真研究了振动频率对超声切削温度影响的规律。研究表明:适当增大超声振动频率可降低加工接触率,实现断续切削,降低刀尖切削温度,增加刀具的使用寿命;在相同工艺参数条件下,存在一振动频率临界点,超过该频率将导致刀尖与切屑摩擦热增加速度大于刀具散热速度,致使刀具温度升高。     

加工钛合金大口径深盲孔的研究

钛合金属难加工材料,其深孔加工的难度更为突出,加工质量不易保证。本文通过实验对比,对加工钛合金大口径深盲孔中出现的偏孔、切屑堵塞、切削振动、刀具破损等主要问题进行了分析,提出了解决办法,得出了切削用量的优化参数。由于钛合金的化学亲和作用,深孔加工刀具的导向条表面易于粘附,结果拉伤已加工表面,造成表面粗糙度上升。加大导向条与孔壁的间隙虽可减少导向条表面的粘附,但同时会引起切削振动的加剧。针对这一矛盾,本文着重对加工刀具的导向条分布、导向条与孔壁的间隙以及导向条的选材方面进行了探讨,提出了以非金属导向条代替硬质合金导向条进行钛合金深孔精加工的方法,使得已加工表面的粗糙度大大降低。这些研究结果对实际加工具有一定的指导作用。     

切入式平面磨削时钛合金磨削性的实验研究——磨削力、试件表层温度分布的测定及结果分析

本文通过分析磨削时工件表层温度的变化规律以及热电偶的动态响应能力,对高泽所推荐的单丝热电偶动态测温方案的可靠性进行了论证,并在此基础上提供了有关平磨钛合金与45~#钢时的磨削力与工件表层内部温度分布的实测数据。文章在根据实测结果对钛合金与45~#钢的磨削性的几个方面定量地进行了综合分析以后指出,在实验所采用的磨削条件下,钛合金试件表面峰值温度与45~#钢相比偏高并不明显。但是两者磨削比却相差近45倍。此情况说明通常推测的磨削区高温并非TC—4难磨的根源,钛合金难磨的本质原因是它与磨料之间的激烈的化学亲和作用。因此深入研究这种化学亲和的机理,通过优选新型磨料、磨削液以及最佳磨削速度尽可能地去抑制这种化学亲和作用,应该是从根本上改善钛合金磨削性的关键。     

钛合金宽弦空心风扇叶片数控切削加工关键技术

数控切削加工是最终保证钛合金宽弦空心风扇叶片制造精度的重要技术手段。分析了采用超塑成形/扩散连接技术制作的钛合金宽弦空心风扇叶片结构特征以及毛坯状态,指出了后续的数控切削加工应突破复杂曲面结构测量、加工变形控制以及切削加工误差补偿等关键技术。提出了开发集测量、分析和加工为一体的数控切削加工集成系统的研究思路,可为实现钛合金宽弦空心风扇叶片加工精度的精确控制提供指导。     

考虑弹性变形时的球头铣刀切削力模型的研究

在实际的切削过程中，切削系统的弹性变形不可避免，需要考虑弹性变形对切削力计算的影响，本文着重研究了刀具的弹性变形对切削力的影响机理，从分析刀具变形影响切屑厚度角度入手，研究了球头铣刀切削力计算模型和方法，建立了刀具弹性变形模型并基于刀具弹性变形模型的切屑厚度数学表示，分析了刀具的瞬时变表反馈和延滞性再生变形反馈对切削力具有的双重作用，建立了切屑厚度与刀具变形量，刀具进给等切削参数之间的数学关系，基     

钛合金车削和模拟拉削的切削温度试验研究

在钛合金车削和拉削加工过程中,对切削温度进行试验研究有着十分重要的意义。本文介绍了进行车削和模拟拉削时,测定变形区平均切削温度的自然热电偶法,并介绍了消除附加电动势的方法和热电偶电动势的标定装置,给出了各种刀具材料和工件材料组合的温差电动势标定曲线。本文就切削用量(v、s、t)、工件材料和力具材料对平均切削温度的影响进行了试验研究,并对结果作了分析,这将有助于正确选择合理的切削条件和刀具材料。     

难切削材料的切屑处理问题

本文介绍了在航空工业中研究难切削材料的切屑处理问题的重要性,提出了在错综复杂的切削加工中,影响切屑处理的三个主要因素:切屑厚度、切屑的曲率半径以及工件材料形成切屑后的机械性质。根据弹塑性理论,提出了正确设计或合理选用刀片槽形的计算公式。从所举的两个实例来看,断屑试验结果与理论计算基本上是一致的。     

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.     

冷却润滑介质对钛合金Ti6Al4V加工性能的影响(英文)

为了更好地理解和认识冷却润滑介质在切削过程中的作用并延伸它们的应用,应用无涂层硬质合金对钛合金Ti6Al4V在不同冷却润滑介质下(干切削、冷风、最小量润滑(Minimal quantity lubrication,MQL)、低温MQL以及电离空气)进行了高速车削试验。结果表明,在120m/min车削Ti6Al4V时,电离空气条件下的切削力最小,低温MQL条件下切削温度最低。电离空气条件下的刀具寿命最长,其次是低温MQL。同时,电离空气条件下获得的加工表面粗糙度最小。通过扫描电镜分析,高速车削Ti6Al4V时,后刀面磨损和月牙洼磨损是刀具磨损的主要方式。实验说明电离空气与低温MQL具有较好的冷却与润滑效果,可以有效地提高刀具寿命。     

钛合金微织构表面仿真及其摩擦性能实验研究

采用Matlab软件建立钛合金超声椭圆辅助车削表面微织构仿真模型。分析了超声椭圆振动辅助车削参数对微织构形貌的影响规律。设计了钛合金超声椭圆振动辅助车削表面微织构实验。利用自制摩擦实验装置获得微织构表面动摩擦系数。分析了进给速率、切削速度对微织构表面摩擦性能的影响。结果表明,随着进给速率的增大微织构表面动摩擦系数增大,而随着切削速度的增大微织构表面动摩擦系数降低。为了获得具有良好摩擦性能的微织构表面,超声椭圆振动辅助车削表面微织构过程中应该采用较低的进给速率、较高的切削速度。同时,相同切削参数获得的微织构表面在摩擦磨损实验中随着摩擦主轴转速的增大摩擦系数增大。因此,为了发挥微织构表面的性能,应该尽可能降低摩擦副之间的相对转速。     

切削加工过程数值模拟的研究进展

针对机械工程师基于经验或试验来制定切削加工工艺规程,难以保证产品质量的制造难题,近年来有限元方法在切削加工过程中得到了越来越广泛的应用。本文介绍了国内外切削加工过程数值模拟的研究进展,重点阐述了切削加工过程中塑性变形过程、切屑分离和断裂判定准则、工件与刀具接触和摩擦、切削加工过程中温度场与应力场的热力耦合,以及加工表面层微观组织结构与残余应力的预测等关键技术的研究进展情况。最后对切削加工过程数值模拟的发展方向进行了展望。     

钛合金车削时刀具耐用度试验研究

本文首先指出进行刀具耐用度试验研究的重要意义。回顾了过去常用的几种快速试验法。分别对常规试验法、阶梯试验法、五点试验法、端面车削试验法、圆锥车削试验法等刀具耐用度试验作了介绍,以钛合金车削为例,给出T—v公式的计算结果,经验证明,这几种快速试验法,特别是当它们结合生产进行时,对于刀具耐用度的预测和控制是很有帮助的。     

弱刚度零件的超声波椭圆振动切削加工

根据弱刚度零件端面切削实验,研究了超声波椭圆振动切削对弱刚度零件的切削效果。与没加超声波椭圆振动的普通切削相比,超声波椭圆振动切削能显著地提高已加工表面光洁度和抑制颤振。并且基于超声波椭圆振动切削特性,分析了超声波椭圆振动切削对绝对稳定切削刚度的影响,结果表明:由于刀具前刀面与切屑之间的分离特性和摩擦力方向反转特性共同作用,增大了绝对稳定切削刚度,增强了抗颤振能力,提高了弱刚度零件表面的加工质量。     

立铣空间力学模型分析研究

航空产品大量使用薄壁结构零件，但薄壁零件在加工中由于受力变形易产生让刀现象，造成零件尺寸精度难以保证，为研究其变形机理，建立准确的切削力学模型十分关键。本文在已有文献的基础上，建立了螺旋立铣刀切削的力学模型，并对铣削力的空间分布状态进行了必要的讨论，为进一步研究薄壁零件加工变形奠定了理论基础。     

金属切削过程中的热塑剪切失稳

综述了有关金属切削过程中热塑剪切失稳的研究。讨论了热塑剪切失稳临界切削条件,热塑剪切失稳判据,热塑剪切带的特点以及由于热塑剪切失稳引起的锯齿形切屑形成。