TC4钛合金切削中切屑塑性变形分析

对TC4钛合金切削过程中锯齿形切屑形成过程和切削力的关系进行了实验研究,并对锯齿形切屑形成中微观塑性变形区进行了分析。结果表明:当切削速度大于48.75 m/min时,切屑由带状转变为锯齿形。锯齿形切屑的形成导致了切削过程中切削力的波动变化,切削力与切屑的锯齿形变化规律一致,锯齿形切屑形成中塑性变形区的宽度随切削速度的增加而减小。     

超声振动方向对TC4钛合金铣削特性的影响

为充分发挥超声铣削钛合金的优势，改善钛合金的加工效果，增强表面服役性能，分别对刀具和工件施加超声振动，以寻求合适的振动方向和加工参数。理论推导了侧刃断续切削时的临界速度，试验研究了不同振幅和切削速度对表面形貌、切屑形态、切削力和刀具磨损的影响，同时探究了表面微织构对摩擦特性的影响。试验表明在两种振动方向下，增大振幅均使切屑的锯齿化程度降低，并且增加轴向振幅可使锯齿形切屑转变为带状切屑。轴向振动更有利于表面形成微织构、减小切削力、减缓刀具磨损、减小工件摩擦时的磨合时间，但需合理控制切削速度和超声振幅。同时，对切削力进行频谱分析，为工作状态下超声振动频率的测量提供了一种参考方法。     

CFRP制孔加工切屑形成过程及分类北大核心CSCD

为了控制切屑形成,提高CFRP吸气式内排屑系统的排屑质量,建立了二维直角切削受力模型,研究了切屑的形成过程并对切屑形状进行预测并分类,用超景深显微镜(KEYENCE VHX-1000)对切屑进行观察,通过分析可得:切屑形成的主要原因是切屑弯曲折断与剪切失效,切屑的大小一般在1.02~1.80 mm,切屑的形状主要分为条形切屑、微圆型切屑和米形切屑三种,当温度达到树脂的玻璃化温度时,切屑发生变形,会出现C形屑并伴有纤维拔出现象,除不可估算占比的米形屑外,不同形态切屑的占比大小依次为条形切屑、微圆形切屑、C形屑和纤维拔出形切屑。实验结果与理论分析结果基本相吻合。     

Ti/Al叠层结构低频振动制孔试验研究

钛合金与铝合金叠层构件的装配孔制备过程中存在孔壁质量差、尺寸超差等问题,为解决该问题,开展了低频轴向振动扩孔、铰孔与传统扩孔、铰孔的对比试验,重点分析了其在切屑形态、加工质量等方面的差异.结果表明,振动制孔技术能够产生C形或发条形切屑,利于切屑排出,减小铝合金孔壁的划伤.使用振动辅助技术进行一次扩孔与一次铰孔后,钛合金与铝合金孔壁粗糙度均可低于Ra0.6μm,孔径精度可满足H7公差等级,出口毛刺高度小于200μm.     

不同介质下高速铣削钛合金时切屑的变形研究

开展了不同介质下钛合金切屑变形的高速铣削试验研究,分析比较了不同介质、不同铣削速度对切屑宏观和微观形貌的影响及其原因,得出了干铣削、空气油雾和氮气油雾介质下切屑变形的各自特点以及切屑变形随速度而变化的规律。     

微织构刀具对钛合金切屑形成影响的仿真研究

针对微织构刀具对钛合金Ti6Al4V切屑形成以及微槽二次切削机理分析的不足，通过建立热-力耦合仿真模型对比研究不同微织构刀具、微织构几何尺寸以及切削速度对切屑形成的影响规律。数值仿真结果表明：微织构刀具更有利于断屑，二次切削作用使切屑的弯曲半径变大，微织构可以减小刀屑之间实际接触面积，降低切削温度。增大微织构宽度可以增强微槽的二次切削作用，利于断屑，但应注意其对刀具强度的削弱作用，而增大相邻微槽间距则会出现相反的二次切削作用机制。提高切削速度对各刀具均有利于断屑，弧形微织构刀具的降温效果最好，V形微织构刀具次之，矩形微织构刀具降温效果最差。研究结果对进一步理解微织构刀具对钛合金切屑的二次切削作用机理提供一定参考。     

振动辅助钻削对CFRP/钛合金叠层结构孔径阶差影响规律实验研究

在飞机部件装配过程中，CFRP/钛合金叠层结构的连接十分常见，而由于两种材料迥然不同的材料性能，导致制孔后存在孔径阶差，严重影响了CFRP/钛合金结构的疲劳强度。本文开展了低频轴向振动辅助钻削的正交实验，分析了低频振动辅助钻削工艺参数与切削力和切屑形态的关系以及工艺参数对CFRP/钛合金孔径阶差的影响。结果表明，由于低频振动辅助钻削刀具的周期性进给，钛合金切屑由连续长切屑变为扇形短屑，减少了对CFRP的扩孔效应，钻削区域切削热降低，平均轴向力降低；另外，振幅和进给量对孔径阶差的影响较为显著，而主轴转速的影响较小，且孔径阶差随着振幅的增大先减小后增大，随着进给量的增大而增大。通过试验验证和分析，确定面向孔径控制的最优工艺参数组合方案：主轴转速为600 r/min、进给量为0.02 mm/r、振幅为150 μm。     

高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金叠层结构在传统钻削过程中切削温度高、加工质量差等问题,基于低频振动钻削和高频（超声）振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法。采用自主研制的高低频复合振动钻削装置,对CFRP/钛合金叠层结构进行了制孔试验,对比研究了普通钻削、超声钻削、低频振动钻削和高低频复合振动钻削4种方式下的切削力、钛合金切屑形貌、切削温度和CFRP孔加工质量。结果表明：4种加工方式中,高低频复合振动钻削的轴向力波动相对较大,切削温度显著降低,产生的钛合金切屑呈不连续扇形且整体尺寸最小,CFRP孔出入口及孔壁的损伤程度最低,显著提高了加工质量,为复合材料叠层结构一体化制孔加工提供了指导意义。     

TiAlN 涂层钻头钻削钛合金的实验研究

采用Ti Al N涂层硬质合金麻花钻对钛合金(TC4)进行钻削试验,研究了切削用量对轴向力、加工孔壁表面粗糙度和切屑形态的影响。结果表明:轴向力随着进给量的增加而增加,轴向力随着转速的增加而减小。运用指数公式模型对轴向力实验结果进行回归分析,得到轴向力与转速以及进给量之间的关系式,并对该方程进行了检验验证误差均小于7%;随着进给量的增加断屑能力逐渐增加,切屑长度逐渐变短。在低转速和进给量为50 mm/min时切屑形态为短螺旋形切屑,此时排屑和孔壁粗糙度均为最佳。     

CFRP/Ti叠层钻削力热行为与切屑成形分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种以环氧树脂作为基体材料、碳纤维作为增强材料的复合材料,具有高强度、高比强度以及耐腐蚀性的特点。CFRP与钛合金是航空航天领域广泛使用的两种轻质的材料,经常作为叠层结构出现在大型客机的关键部位,使大型客机制造装配过程中需要对CFRP/Ti叠层进行大量的制孔。而CFRP/Ti叠层钻削过程中的力热变化与切屑形态会直接影响刀具的切削状态。在此基础之上,对CFRP/Ti叠层钻削过程中的力热行为与切屑成形进行研究,这对于CFRP-Ti叠层实际钻削过程具有重要的指导意义。     

CFRP-TC4叠层板的钻削实验

采用硬质合金麻花钻对CFRP-TC4叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对钻削力、钻削温度和加工孔质量的影响。结果表明:随着转速的增加,钛合金层的轴向力逐渐减小;随着钛合金层进给量的增加,钛合金层与CFRP层的轴向力之比逐渐增加。运用指数公式模型对钛合金层轴向力实验结果进行回归分析,得到轴向力与转速以及进给量之间的关系式:F_z=2 088n~(-0.1222)·f_r~(0.2016),并对该方程进行了检验验证,误差均小于10%;在钛合金层进给量不变时,随着钛合金层转速的增加,CFRP的最大烧伤环直径和层间最高温度逐渐增加。     

TC9钛合金拉削加工性与表面完整性的试验研究

 本文介绍了用P18、M2Al、M42等三种高速钢拉刀低速拉削TC9钛合金时的刀具磨损、拉削表面完整性同拉削工艺条件的关系,同时也探讨了用H19硬质合金拉刀高速拉削TC9钛合金的可能性;并比较了两种拉削条件下的刀具磨损和表面完整性状况;分析了为提高钛合金拉削的表面完整性所应采取的措施。     

整体叶盘铣削数控编程与加工技术

整体叶盘有良好的结构完整性、轻质化、装配环节少、装配精度高等优点,已被广泛应用于航空发动机中。根据整体叶盘的切削加工特征,将其简化为整体叶盘基准件,从数控编程和加工技术两方面实现整体叶盘的高质量加工。首先,利用Hyper MILL软件对整体叶盘基准件进行数控编程,优化获得理想的刀具路径,保证高效高质量的零件加工。然后,利用DMU-70V五轴加工中心对钛合金TC4整体叶盘基准件进行切削加工,在整体叶盘基准件叶片和流道几何特征的精加工时,选用不同型号的立铣刀,并监测加工过程中的切削力。最后,对加工后叶片和流道加工表面形貌进行测试分析,并结合切削力对比分析国产刀具和进口刀具对钛合金整体叶盘的切削加工性能。     

An improved analytical model of cutting temperature in orthogonal cutting of Ti6Al4V

Cutting heat has significant effects on the machined surface integrity of titanium alloys in the aerospace field. Many unwanted problems such as surface burning, work hardening, and tool wear can be induced by high cutting temperatures. Therefore, it is necessary to accurately predict the cutting temperature of titanium alloys. In this paper, an improved analytical model of the cutting temperature in orthogonal cutting of titanium alloys is proposed based on the Komanduri-Hou model and the Huang-Liang model. The temperatures at points in a cutting tool, chip, and workpiece are calculated by using the moving heat source method. The tool relief angle is introduced into the proposed model, and imaginary mirrored heat sources of the shear plane heat source and the frictional heat source are applied to calculate the temperature rise in a semi-infinite medium. The heat partition ratio along the tool-chip interface is determined by the discretization method. For validation purpose, orthogonal cutting of titanium alloy Ti6Al4V is performed on a lathe by using a sharp tool. Experimental results show to be consistent well with those of the proposed model,yielding a relative difference of predicted temperature from 0.49% to 9.00%. The model demonstrates its ability of predicting cutting temperature in orthogonal cutting of Ti6Al4V.     

高速铣削TC21 钛合金的表面粗糙度

通过对TC21钛合金进行高速铣削加工试验,测量不同切削参数下的表面粗糙度.采用正交方法来安排试验和极差分析法对实验数据处理,分析了不同切削参数对粗糙度的影响.其中对TC21钛合金表面粗糙度影响最为显著的因素是每齿进给量,其次为切削深度和切削速率,最后为切削宽度.通过对粗糙度影响机理分析在加工中宜采用较小的进给量和切削深度、较大的切削速率和切削宽度.     

钛合金锪钻改进与优化设计

在深入分析钛合金材料特性及切削性能的基础上,针对钛合金锪钻在锪制过程中存在的典型问题提出了相应的改进和优化设计方案,验证试验证明可大幅度提高国家某重点工程用钛合金零件的加工效率。同时,为其他钛合金加工刀具的研究和设计提供了重要的理论基础。     

CFRP/TC4叠层板的钻削实验

采用硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料-钛合金叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对刀具磨损的影响和刀具磨损机制。刀具磨损对孔入口处最大撕裂长度的影响。结果表明:磨损的主要区域是横刃和后刀面,前刀面磨损不明显。钛合金层的低转速和低进给量可以降低刀具磨损;此外随着钻孔数的增加,钛合金层转速越低、进给量越大碳纤维复合材料孔入口处孔质量更好。     

TC4钛合金侧铣加工表面形貌分析及工艺参数优化

TC4钛合金是 1种典型的不易加工材料,其切削加工表面质量很难控制。为实现面向侧铣加工表面形貌的切削工艺参数优选,开展了 TC4钛合金侧铣加工实验研究。首先,探究了加工表面微观缺陷特征及其形成机制;然后,采用粗糙度参数 Ra和 Sa对铣削表面形貌进行定量表征,并分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度参数的影响;最后,基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对铣削工艺参数进行了优化。研究发现,加工表面微观缺陷主要有进给刀痕等固有缺陷和黏附颗粒等随机缺陷。铣削表面粗糙度随主轴转速的增大先减小后增大;随径向切深的增大先增大后减小;随进给量先增大后减小。在主轴转速 n = 1 093 r/min、径向切深 ae = 0.2 mm、每转进给量 f = 0.06 mm/r的条件下可以获得较小的表面粗糙度。