钛合金零件钻削过程仿真与试验研究

钛合金被广泛用于航空工业中,譬如民用飞机吊挂滑轨等典型结构的制造。钛合金作为难加工材料,通常使用钻削的方法进行加工,不同的钻削参数对应不同的钻削温度和钻削力,而钻削温度和钻削力对加工精度影响较大。为使加工参数和加工精度得到很好地匹配,借助Deform 3D有限元仿真软件建立了钛合金热应力耦合有限元模型,通过软件仿真研究钛合金滑轨在加工过程中的钻削力以及钻削温度。首先,对钻头和钛合金试件进行网格划分。其次,建立材料本构模型和切屑分离标准,使用仿真软件得到加工过程的钻削力和钻削温度。最后,采用试验方法获取钻削温度和钻削力,与仿真结果进行对比。结果表明:仿真结果与试验较为吻合,仿真能输出有效的钻削力和钻削温度。     

CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的现状与展望

综述了近年来国内外对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的研究进展,重点介绍了传统方法钻削CFRP/钛合金叠层材料过程中轴向力和扭矩、钻削温度的测量方法,轴向力和扭矩的变化规律,以及刀具磨损、加工损伤与钻削工艺的关系;对螺旋铣孔、低频振动钻孔和超声辅助振动钻孔的实现方法、运动特点和加工质量进行了分析总结,并对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的应用和研究动向进行了探讨。     

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。     

难加工材料车削中切削刀片的合理选择

难加工材料车削中切削刀片的合理选择为提高车削诸如耐热合金、钛合金、不锈钢以及铝合金等难加工材料的加工效率、降低生产成本，美国几家航空发动机制造公司从合理选择与使用刀片人手，取得了较好的经济与技术效益。１．耐热合会包括ｉｎｃｏｎｅｌ（铬铁镍合金）、ｗａ...     

CFRP/TC4叠层结构钻削仿真与实验研究

碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金（TC4）叠层结构在航空航天领域应用广泛。钻削制孔是保障CFRP与TC4连接的最常见方式。本文为探究CFRP/TC4叠层结构的钻削机理，对CFRP、TC4分别设置材料本构模型和失效准则，建立了不同钻削顺序下的CFRP/TC4叠层结构钻削仿真模型，对不同叠层顺序下的材料去除过程、两相材料和界面损伤形成机制进行了研究。开展了CFRP/TC4叠层结果的钻削实验，采集了钻削轴向力和钻削缺陷，并验证了模型的正确性。本研究可望为CFRP/TC4叠层结构制孔技术研究提供参考。     

钛合金拉削表面最小晶格歪扭层的试验研究

在自行设计制造的拉削工艺系统模拟装置上,对钛合金拉削时如何获得加工表面最小晶格歪扭层进行了试验研究,分析了拉削工艺参数及加工材料金相组织对晶格歪扭层深度的影响。     

车削钛合金TC4、TC9的最佳刀片材料

我厂生产的新机发动机中,有几种主要零件皆为TC9材料。为了找出车削TC9的最佳刀片材料,我们选用部份国产硬质合金刀片(规格为A111、A115及A125)进行了试切,并通过细致的测量、记录和对比,从中选出最佳刀片材料。这次选来作对比试验的硬质合金材料有株洲六○一厂生产的6J、3~#、YG10H,自贡七     

航空金属材料相对可切削性系数的涵义与应用

介绍了金属材料相对可切削性系数（Ｋｒ）的涵义及其在航空材料切削加工领域中的应用；列举了变形高温合金、铸造高温合金、钛合金的Ｋｒ值及不同Ｋｒ值材料的车削、钻削、铰削、铣削加工数据。     

TC4-DT钛合金钻削表面完整性研究

TC4-DT钛合金是重要的损伤容限结构材料之一,研究其在钻削工艺中表面完整性对于其损伤容限分析具有重要意义。本文通过试验研究了不同材质、直径钻头,在不同钻削速度下对钻孔附近被切削材料的残余应力及钻孔表面粗糙度的影响,总结了钻削参数对于表面完整性的影响规律,并建立了可预测钻削残余应力分布的有限元仿真模型。     

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。     

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。     

钛合金深孔钻切削状态在线监测技术的研究

采用电机功率消耗作为评价切削状态是否正常的依据,解决了钛合金深钻削过程中异常状态的监测问题。通过大量钻削实验提出了“自适应”梯度功率监测方案,建立了微型计算机钻削状态在线监测系统,解决了具有复杂工艺过程钛合金深孔加工自动监测问题。     

Tool wear during high speed turning in situ TiCp/TiBw hybrid reinforced Ti-6Al-4V matrix composite

Chipping, adhesive wear, abrasive wear and crater wear are prevalent for both the polycrystalline diamond(PCD) and the carbide tools during high speed turning of TiC_p/TiB_w hybrid reinforced Ti-6Al-4V(TC4) matrix composite(TMCs). The combined effects of abrasive wear and diffusion wear caused the big crater on PCD and carbide tool rake face. Compared to the PCD, bigger size of crater was found on the carbide tool due to much higher cutting temperature and the violent chemical reaction between the Ti element in the workpiece and the WC in the tool.However, the marks of the abrasive wear looked much slighter or even could not be observed on the carbide tool especially when low levels of cutting parameters were used, which attributes to much lower hardness and smaller size of WC combined with more significant chemical degradation of carbide. When cutting TC4 using PCD tool, notch wear was the most significant wear pattern which was not found when cutting the TMCs. However, chipping, adhesive wear and crater wear were much milder when compared to the cutting of titanium matrix composite. Due to the absence of abrasive wear when cutting TC4, the generated titanium carbide on the PCD protected the tool from fast wear, which caused that the tool life for TC4 was 6–10 times longer than that for TMCs.     

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。     

钛合金TB6刀具磨损铣削实验研究

使用硬质合金刀具对钛合金TB6进行正交铣削实验,对比分析不同切削参数下的刀具磨损情况,并用实验结果进行回归分析得到刀具磨损的回归公式。结果表明:刀具主要磨损在后刀面,其磨损大都呈现一条带状磨损带,在速度增大时大磨损带变长,刀具易发生脆性破损,且在刀具表面会出现钛合金粘连;对刀具耐用度的影响大小依次为切削速度、进给量、切削宽度和切削深度;刀具磨损回归方程具有良好的回归方差,能够很好的对刀具寿命进行预测。     

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。     

高温耐热合金 GH169 的深小孔钻削加工性

研究了高速钢麻花钻头、硬质合金钻头和电沉积ＣＢＮ高速钢钻头钻削高温耐热合金ＧＨ１６９,其横刃部分采用“Ｓ”型的修磨结构时钻削深小孔的性能,并优化了钻头横刃的修磨等几何参数和切削参数。实验表明：采用硬质合金钻头或电沉积ＣＢＮ钻头钻削高温耐热合金ＧＨ１６９是切实可行的。而且改善了加工条件,提高了加工质量和生产效率。     

D406A超高强度钢的钻削性能研究

针对D406A超高强度钢的性能特点，选用了五种麻花钻进行钻削试验。结果表明，HSP15含钴超硬高速钢麻花钻较适于经热处理强化后D406A超高强度钢的钻削加工，且在钻头几何参数和钻削用量选择合理、使用合适切削液的条件下，可有效地改善D406A超高强度钢的钻削性能。     

微织构刀具切削钛合金的研究进展

针对钛合金切削加工过程中切削力大、切削温度高和刀具磨损严重等问题,近年学者们尝试采用微织构刀具来解决。本文综述了微织构刀具在钛合金切削加工中的应用,分析了微织构刀具在改善表面质量,降低切削力、刀具磨损、摩擦因数和切削温度等方面的切削机理,并指出微织构刀具切削钛合金存在的问题。