碳纤维增强复合材料车削表面质量分析

以PCD刀具车削加工短切碳纤维/酚醛复合材料的表观质量为研究对象,通过开展正交试验,采用三维测量技术,研究切削三要素和刀尖圆弧半径对工件加工质量的影响;通过Design Expert软件,对加工因素的显著性进行分析。结果表明,随着切削速度v和进给量f的增大,表面粗糙度Ra逐渐增大,随着切削深度a_p和刀尖圆弧半径r的增大,Ra逐渐变小;试验显著因素为刀尖圆弧和进给量;最佳加工参数为：v=160 r/min、f=0.15 mm/r、a_p=0.6 mm、r=0.6 mm;通过加工试验和建模分析验证,结论可靠。     

某钛基复合材料骨架零件高效铣削技术

以某TiC颗粒TiB晶须混合增强钛基复合材料［（TiC_p+TiB_w）/TC4］骨架零件为研究对象,开展切削速度在60～200 m/min铣削性能研究,研究结果应用于骨架零件的加工进行验证。研究表明,切削速度是影响铣削温度的一个因素,切削速度在60～200 m/min内,铣削温度随切削速度的增加而增加;切削速度对铣削温度的影响比径向切宽的影响大;切削速度和径向切宽在试验范围内对表面质量的影响较小。通过试验优化得到的铣削参数,结合骨架零件的结构特点,确定了粗加工的铣削参数为V=39.25 m/min,f_z=0.08 mm/z,a_e=12 mm,a_p=2 mm,精加工的铣削参数为V=62.8 m/min,f_z=0.04 mm/z,a_e=10 mm,a_p=1 mm,加工后满足图纸要求,验证了优化方案合理可行。     

钛合金TC4盘铣开槽加工铣削力研究

由于盘铣刀具直径大,切削余量大,造成钛合金盘铣开槽过程中铣削力较大,进而引起刀具振动,缩短刀具寿命。为实现对钛合金盘铣开槽过程的优化与控制,本文设计单因素实验和正交实验,利用三向压电式测力仪测量铣削力数据,采用线性回归技术建立铣削力模型并以“F”检验法对模型进行显著性检验;利用极差分析法分析工艺参数对铣削力的影响规律,利用响应曲面法分析工艺参数对铣削力的交互影响规律。研究结果表明：对于切削深度变化敏感度依次为铣削力F_x＞进给速度＞主轴转速;对于进给速度变化敏感度依次为铣削力F_y＞切削深度＞主轴转速;对于铣削力F_z变化敏感度依次为主轴转速＞切削深度。铣削力随着主轴转速的增大而减小,随着切削深度和进给速度的增大而增大。另外铣削力F_x大于F_y和F_z,对加工性能和刀具磨损起主导作用。     

激光辅助车削工艺参数对单晶硅表面质量的影响

为了提高单晶硅激光辅助车削加工表面质量，通过开展激光辅助和常规车削加工试验，结合表面粗糙度、表面形貌及拉曼光谱检测，研究激光辅助车削技术对加工质量的影响。基于正交试验方法，研究单晶硅激光辅助车削工艺参数对表面粗糙度；通过方差分析和极差分析评估各因素对表面粗糙度的影响。研究结果表明：与常规车削相比，激光辅助车削可有效提高加工表面质量，降低材料表面的残余应力。主轴转速、进给速度、切削深度和脉冲占空比对表面粗糙度的贡献率分别为17. 51%、44. 48%、6.69%和14.70%。确定最佳加工参数组合如下：主轴速度为4 000 r/min，进给速度为2 mm/min，切削深度为5 μm，脉冲占空比为30%，最终获得表面粗糙度Rq为2.4 nm的高质量表面。     

进给速度对MI工艺制备SiCf/SiC复合材料加工损伤的影响

采用超声辅助磨削对MI工艺制备的SiC_f/SiC复合材料表面进行磨削加工，研究了进给速度对复合材料性能的影响。结果表明：采用超声辅助磨削加工SiC_f/SiC复合材料表面时，加工区域出现纤维脱粘、断裂、破碎及基体裂纹和脱落现象，且纤维与基体界面会有裂纹产生。当进给速度提高时，复合材料表面损伤加重，导致其比例极限强度和最大载荷降低。进给速度由400 mm/min提高至1 000 mm/min时，SiC_f/SiC复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别降低4.7%和20.6%。     

高体积分数SiCp/Al激光诱导氧化辅助铣削研究

为了解决高体积分数的SiC_p/Al复合材料在常规切削加工中存在切削力大、刀具磨损快、表面完整性差等问题。本文针对高体积分数SiC_p/Al材料开展激光诱导氧化辅助铣削技术研究，通过激光辐照铣削区域形成易于去除的疏松氧化层提高切削性能，同时开展氧化层调控策略及激光诱导氧化辅助下的铣削参数优化工艺研究，研究不同激光能量密度、辅助气体对氧化层质量的影响及铣削参数优化。结果表明随激光能量密度的增大热影响区宽度和烧蚀沟槽深度随之增加，在氧气辅助下易形成疏松且易于去除氧化层。选取较高的激光能量密度可获得较好的氧化效果，而使用PCD金刚石铣刀，主轴转速为10 000 r/min，在每齿进给量为7.5 μm /s可获得最佳表面质量。     

铣削加工透波性Si3N4陶瓷表面质量研究

为了探索透波性Si3N4陶瓷铣削中加工表面创成机理及加工工艺参数对其影响规律,对加工表面形貌和边缘破损特征,以及加工参数与切削力、表面粗糙度、边缘破损的映射关系等开展了试验研究。首先对加工表面形貌进行了分析,由于存在陶瓷粉末去除和破碎性颗粒去除两种形式,造成加工表面形貌结构一种体现为变化平缓,而另一种包含微裂纹、层状结构体等,且存在凹坑、沟槽等缺陷。其次研究了边缘破损形式及产生机理,当刀具运动到出口棱边处,刀尖应力集中处将产生微裂纹,并向工件侧面扩展,从而在加工表面和加工侧面诱导形成边缘破损。最后基于均匀设计试验,分析了工艺条件对加工性能的影响。结果表明:随着切削深度从0. 2增加到0. 5 mm和切削宽度从1增加到4 mm时,x轴切削力呈耦合增长,y轴切削力呈二次方增长;当切削深度和切削宽度分别为0. 2 mm和1 mm、进给速度为500 mm/min时,加工表面粗糙度值最小;转速为2 000 r/min、切削深度和切削宽度最小时,边缘破损幅值最小。此结果可为提高透波性Si3N4陶瓷铣削加工质量提供技术支撑。     

SiCp/Al二维超声复合电解/放电加工的表面生成机理及试验研究

针对复合材料高质量的加工要求，结合各加工技术的优点，本文提出二维超声复合电解/放电加工技术（2UECM/EDM），并对其表面生成机理进行深入研究。利用二维超声辅助磨削加工时单磨粒的运动轨迹对加工表面沟槽的加宽作用和电解/放电加工的整平作用，通过研磨面积比（δ_s）来分析复合材料表面形貌和表面粗糙度（Ra）的变化规律，并进行了复合材料SiC_p/Al维超声复合电解/放电加工的表面生成机理对比试验。结果表明，单周进给距离、电压和二维超声振幅等参数影响加工表面质量。其中，表面粗糙度与磨粒单周进给距离的变化趋势一致；较高电压时电解/放电加工效应显著，导致增强颗粒裸露进而增加了Ra；轴向和切向二维振动共同作用下显著增大δ_s值，而其值在1.8附近时Ra出现明显的转折变化趋势。因此，当δ_s大于1.8时的工具和工件振幅以及较低电压参数，加工时对增强颗粒的拖曳和碾压可以显著降低表面不平度、较大幅度提高工件表面质量。     

铣削参数对7055-T6铝合金耐腐蚀性的影响

文摘研究了铣削工艺参数对切削力、表面粗糙度、轮廓与形貌、自腐蚀电位和电流密度的影响。结果表明:随着切削速度的增大,切削力与表面粗糙度呈现先增大后减小再增大的变化规律;随着轴向切深的增加,切削力与表面粗糙度都呈增大的趋势;铣削后刀面对已加工表面的挤压改善了铝合金的腐蚀性能;切削转速为4 000 r/min,轴向切深为0.25 mm时,加工表面耐腐蚀性能最优;在较大的轴向切深下,已加工表面易产生微裂纹,而导致腐蚀加剧。     

高热流密度燃烧室壁面阵列空气射流-燃油组合冷却结构研究

针对高热流密度燃烧室壁面热防护需求，提出了一种空气阵列射流冲击和燃油冷却肋板的集成冷却方式，在射流平均雷诺数Re_j为1×10⁴~3×10⁴，燃油进口流速v_f为2.33～5.23m/s内，采用数值模拟方法对其传热特性进行了研究，并基于壁面加热侧当量对流换热系数的概念，分析了基准肋板以及燃油冷却肋板的传热增强作用。与无肋板靶面的阵列射流冲击相比，带肋板阵列射流冲击的面积平均当量对流换热系数是前者的1.6倍，压力损失系数相对提高了约25%；采用燃油冷却肋板，加热壁面综合传热能力进一步增强，在Re_j=1×10⁴时，采用燃油冷却肋板的面积平均当量对流换热系数是基准肋板的1.5倍以上，即使在Re_j=3×10⁴时，燃油冷却肋板的传热增强比也可以达到1.2；燃油冷却肋板的出口温度相对进口温度的提升在20~50K内，其提升幅度随着射流雷诺数或燃油进口流速的增大而减小。     

复合材料特种加工技术

复合材料机械加工是复合材料制品生产工艺的一个重要环节。通常分为常规和特种两类方法。常规方法简单、方便,但加工质量不高,易损坏加工件,刀具磨损快,而且难以加工形状复杂的工件;特种方法虽然复杂些,但加工质量高,刀具磨损小,能加工形状复杂的工件,容易监控,因此经济效益高。文中简要介绍特种机械加工方法的特点和加工时应注意的事项。     

数控加工钨渗铜材料工件的工艺参数选用

针对钨渗铜材料切削性能差,在数控切削加工过程中易产生裂纹、崩料、变形等质量缺陷,从刀具、切削参数、切削液选用及走刀路线的安排等方面综合考虑,提出了解决问题的工艺方法。     

现代模具高速切削工艺研究

目前，切削加工仍是当今主要的模具加工方法，在模具制造业中有着重要的地位，但是，如何提高其效率、精度、质量成为传统切削加工面临的问题。上世纪90年代后，以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削（High Speed Cutting，HSC）已经成为现代切削加工技术的重要发展方向之一，也是目前模具制造业中一项快速发展的高新技术。     

切削Ni基高温合金适用的可转位硬质合金刀具的试验研究

Ni基高温合金的应用日益增多,但其加工困难、效率低,为此进行了高效车削适用的硬质合金可转位车刀的涂层、几何角度与刀片形状的切削试验。结果表明,TiAlN涂层、主偏角为45°、前角为3°～9°、刀片为圆形的车刀效果较好。     

激光加工非金属复合材料的研究与应用进展

非金属复合材料是一种低密度、高强度、高模量的高性能材料，目前已经成为航天卫星上不可或缺的关键结构材料。但与此同时，该类材料也是一种极难加工的各向异性非均质材料，采用传统的接触式方法加工易产生崩边、分层、起毛、撕裂等问题。激光制造技术作为一种开始逐步走向实用化的先进制造技术，具有材料去除能力强、加工精度高、损伤可控等一系列优点，是一种实现非金属复合材料高性能加工、满足现有和未来需求的理想方法。本文围绕航空航天领域应用较为广泛的碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料和陶瓷基复合材料，系统地综述了国内外激光加工非金属复合材料的研究与应用进展。其中技术分支涉及切割、制孔、铣削刻蚀、清洗等实体减材制造技术。最后对非金属复合材料激光加工方法的未来研究重点和工程应用前景进行了总结与展望。     

中低速数控铣削参数优化技术研究及应用

采用平均铣削力系数模型对数控加工过程中的铣削力进行仿真预测.在此基础上,综合考虑数控加工过程中机床、刀具以及工件3方面限制加工效率的因素,对主轴转速、进给速度、径向切宽以及轴向切深4个参数进行优化.利用VC与Matlab编程,开发了"中低速数控铣削过程力学仿真与参数优化系统".针对航空难加工材料GH4169,在SandviK推荐参数基础上进行仿真优化.结果表明,基于力学仿真的数控铣削参数优化技术在难加工材料加工中可提高加工效率12%～378%.     

钛合金螺旋铣孔的切削力和切削温度试验研究

螺旋铣孔技术是航空装备制造领域新出现的制孔技术,因具有加工质量好、效率高等优点被用于加工钛合金、复合材料等难加工材料.采用包括切削速度、切向每齿进给量、轴向每齿进给量和螺旋导程4个基本加工参数描述螺旋铣孔过程,分析了基本参数和螺旋铣孔输入加工参数(自转、公转、进给)之间的关系.在自行研制的螺旋铣孔试验平台上开展了钛合金材料的加工试验,研究了钛合金螺旋铣孔加工中切削温度及切削力的特征,以及基本加工参数对切削温度和切削力的影响规律.试验结果表明,在螺旋导程一定时,切削温度主要由切削速度决定,而与轴向每齿进给量及切向每齿进给量无明显关系;而切削力的影响规律与切削温度相反.切削温度是影响螺旋铣孔过程中刀具磨损及加工孔质量的主要因素.在需同时保证加工效率及加工质量的前提下,应尽量选择大的切向每齿进给量、大的轴向每齿进给量和较低的切削速度.     

大型切削数据系统构建方法

对建立切削数据系统的不同方案进行对比,提出建立模型-数据拟合-不断修正的方法是满足眼下企业急需的较为快捷的方法,并用实例叙述了采用该方法的切削数据系统.     

PCBN刀具切削高温合金切削力试验分析

近些年来,航空制造业的巨大进步推动了高温合金,特别是镍基高温合金的高速发展。高温合金材料的难加工问题是目前制造业的难点,其在切削过程中存在切削力大、切削温度高等现象,直接影响到工件加工表面质量和刀具使用寿命等,因此对切削力进行测量和分析是研究高温合金切削加工的有效途径。探究PCBN刀具切削高温合金切削力变化规律,首先阐述高温合金的材料特性及加工特点;其次设计并进行单因素和正交试验,探讨负倒棱对切削力的作用和影响规律,建立切削高温合金切削力预测模型;最后实现预测模型的优化,并与试验数据对比验证,为高温合金工艺参数优化起到参考和借鉴作用。     

钛合金切削力和表面粗糙度试验研究

在对TC4-DT钛合金进行铣削试验的基础上,从切削力和刀具失效的角度研究了铣削刀具适配性,根据优选刀具的试验结果建立了表面粗糙度预测模型,分析了铣削参数对表面粗糙度的影响规律.结果表明:在选定的刀具条件下,无涂层、大刀尖圆弧半径和刀齿数少的刀具适合切削TC4-DT钛合金;铣削宽度对表面粗糙度影响最大;铣削深度和铣削宽度对表面粗糙度的综合影响呈马鞍面趋势.