滚压强化表面状态特征的疲劳演化及抗疲劳机制研究进展

作为机械表面强化技术之一,滚压强化工艺能够有效提高材料的疲劳性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能以及损伤容限性能,现已被应用于航空发动机叶片等的表面改性处理。首先,对滚压强化的基本原理及优点进行了介绍。其次,鉴于表面状态特征演化对疲劳性能的重要影响及越来越多的学者对此问题的重视与研究,分别综述了滚压强化工艺的表面状态特征（残余应力、显微硬度和微观组织）的疲劳演化、抗疲劳机制以及疲劳寿命预测方面的研究进展。然后,并与其他工艺的研究进展进行横向对比分析,总结了滚压强化工艺当前研究存在的不足。最后,对滚压强化工艺今后的研究内容与发展方向进行了展望。     

航空钛合金抗疲劳表面改性技术研究进展

重点介绍了提高钛合金疲劳性能的表面改性技术的最新研究进展。主要从喷丸强化、激光冲击强化、挤压、滚压、离子注入、滚磨光整加工、水射流喷丸等典型方式对钛合金的加工能力、作用机理,以及加工后零件的残余应力水平和疲劳性能等方面进行了阐述,以期为航空钛合金零件的表面改性提供借鉴。     

A100钢外螺纹椭圆超声滚压强化试验研究

A100钢有较高的疲劳抗力和显著的减重效果.在航空工业中,飞机起落架主要承力件正逐步采用A100钢,且主要承力件多采用螺纹联接.为了提高螺纹疲劳寿命,提出了超声振动滚压强化工艺方法,设计了外螺纹超声滚压强化装置,进行了螺纹超声滚压强化前后性能对比试验.利用X射线分析仪、维式硬度计、粗糙度仪和疲劳试验机,分别测量了螺纹超声滚压强化前后的残余应力、维氏硬度、表面粗糙度以及疲劳寿命.结果表明,超声滚压强化后牙底残余应力提高了70％,显微硬度提高了14％,粗糙度降低了51％,600MPa应力条件下寿命提高了5倍.     

初始应力状态对薄壁件双侧滚压影响规律

双侧滚压工艺是航空结构件生产过程中常采用的校正方式，然而由于滚压校正过程中工件原有应力场与滚压应力场的耦合作用等材料内部物理力学性能变化机制不明确，限制了滚压校正工艺稳定性的提升。为此建立了无初始应力、仅毛坯应力、毛坯应力与加工应力耦合3种初始应力状态下的7050-T7451铝合金T型件双侧滚压有限元模型，获得了工件的滚压变形及残余应力分布规律。结果显示3种初始应力状态下滚压导致的工件最大弯曲变形量分别为2.56×10^-1、2.76×10^-1、2.49×10^-1 mm。毛坯应力对滚压变形的影响程度约为7.8%，在此基础上加工应力的影响约为9.8%，且毛坯应力与加工应力的作用方向相反。滚压区域残余应力主要集中在滚压方向和垂直滚压方向，在工件表面均为压应力，在次表面达最大值。初始应力会导致工件沿滚压方向全厚度范围内的应力值增大；而在垂直滚压方向，初始应力主要造成表面应力的改变。对滚压过程中的应变-应力场演变过程进行了分析，揭示了毛坯应力与加工应力对滚压作用的影响机制。研究成果对于进一步提高滚压校正精度具有重要意义。     

TC4合金低塑性抛光过程数值模拟

为了研究低塑性抛光工艺参数对材料表面性能的影响,采用有限元分析软件ANSYS对TC4合金板材低塑性抛光表面强化过程进行了数值模拟。运用单因素试验法分别分析了液压油预压力、滚压速度、滚压道次、进给量4个工艺参数对表面残余应力的影响。结果表明:液压油预压力对残余应力分布影响最大,增加液压油预压力可使残余压应力层深度明显增加;滚压速度和滚压道次主要影响表面残余应力,表面残余压应力随滚压速度减小和滚压道次增加而增大;进给量对残余应力分布均匀性有显著影响,减小进给量可使均匀性增高。通过对比残余应力分布,建议液压油预压力设为450 N,滚压速度取为10 mm/s,进给量取为0.1 mm,滚压道次选择为3次。研究结果可为TC4合金低塑性抛光试验工艺参数选取提供理论参考。     

强化层亚结构对TA2疲劳强度的影响

研究了滚压强化多晶纯钛在疲劳前后的显微组织特征和残余应力的变化。结果发现：疲劳强度的提高主要归于形变组织，同时表面粗糙度的降低也起了良好的作用。滚压试样表层TEM组织中形成高密度位错和单个、分散的变形孪晶，历经10^6以上循环周次后，孪晶－晶界的交互作用是其主要特征。滚压引入的残余压应力和层深均较小，有益贡献也相应降低。     

表面深滚处理对纯镍组织性能及残余应力分布的影响

通过一种新型表面自纳米化方法———表面深滚处理,在纯镍（N4）表面制备出晶粒尺寸小于500nm 的梯度超细晶结构,并对材料次表面微观组织结构、残余应力分布及力学性能进行了研究。结果表明：N4经过表面深滚处理,表面形成织构;由于剧烈塑性变形,位错大量产生,并出现胞状组织和高密度位错墙,这些组织经过演化形成超细晶,并在表面形成具有一定厚度的残余压应力场;与原始材料相比,经过表面深滚处理后表面组织硬度提高近一倍;通过合理选择滚压参数,其细化层厚度、硬度、表面粗糙度及残余应力分布均得到不同程度改善。     

超声能场在金属增材制造组织性能调控中的应用

针对金属增材制造构件存在微观组织缺陷、残余应力及各向异性等问题,各种组织性能调控技术应运而生。结合近年来超声能场对增材制造组织性能调控的研究工作,详细分析了超声能场在增材制造过程中的“液–固”双重效应,总结了超声能场对增材制造金属材料的显微组织及其表面粗糙度、显微硬度、残余应力、耐腐蚀等性能的影响。研究表明,超声能场使材料内部组织晶粒显著细化、孔隙率降低、耐腐蚀性能提高;同时使增材制造构件显微硬度升高,应力状态向有利于构件性能的残余压应力转变。     

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。     

工程陶瓷磨削表面/亚表面损伤的产生及其控制

讨论了表面/亚表面裂纹和残余应力产生的原因及扩展机理,探讨了控制陶瓷磨削表面/亚表面损伤的途径,并指出了当前存在的问题及今后需要努力地方向.     

Active and passive compliant force control of ultrasonic surface rolling process on a curved surface

Ultrasonic surface rolling process(USRP) is one of the effective mechanical surface enhancement techniques. During the USRP, unstable static force will easily do harm to the surface quality. In order to achieve a higher surface quality on the part with a curved surface, an active and passive compliant USRP system has been developed. The compliant USRP tool can produce the natural obedience deformation along the part surface. Force control based on the fuzzy Proportional-integral-derivative(PID) ...     

航空发动机叶片机器人精密砂带磨削研究现状及发展趋势

航空发动机叶片的型面精度及表面完整性对其疲劳寿命和气流动力性等影响巨大。机器人砂带磨削由于其灵活性好、易于调度、通用性强等特点成为提高叶片表面完整性的有效加工方法之一，但是工业机器人一般仅适用于粗加工，而对于半精加工以及精加工，提高机器人的定位精度是决定加工质量的关键问题。因此，对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行归纳总结，为实现叶片精密磨削提供参考。首先，对叶片机器人砂带磨削系统的组成和结构形式进行了论述，从磨削接触廓形、材料去除规律和表面完整性等方面对砂带磨削机理进行了分析；其次，分别从基于CAD模型、数学模型和人工知识学习三方面总结了叶片机器人砂带磨削轨迹规划方法；然后，对叶片机器人砂带磨削运动控制技术研究进行了介绍，并分析了叶片机器人砂带磨削系统及集成技术；最后，对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行了总结，在此基础上对其发展趋势进行了分析。     

Machining of SiC ceramic matrix composites: A review

Continuous fiber reinforced SiC ceramic matrix composites (FRCMCs-SiC) are currently the preferred material for hot section components, safety–critical components and braking components (in the aerospace, energy, transportation) with high value, and have triggered the demand for machining. However, the high brittleness, anisotropy, and heterogeneity of materials bring great challenges to machining, due to high mechanical and thermal loads, severe tool wear, and poor machining quality. With the increasing demand of FRCMCs-SiC parts, high-quality and high-efficient machining has become a hot issue. This review paper provides a detailed literature survey on the machining of FRCMCs-SiC. The material removal mechanism, defect form, and interfacial mechanical properties of FRCMCs-SiC were summarized. The machining processes of FRCMCs-SiC were introduced, and their respective advantages and disadvantages were compared. Given the low machinability (high hardness, high brittleness, anisotropy, and heterogeneity) of FRCMCs-SiC, preliminary experiments have proved that ultrasonic-assisted machining and laser-assisted machining have shown unique advantages in reducing force and tool wear, improving machining quality and machining efficiency. The machined surface integrity was discussed, the influence of process parameters on the machined surface quality was analyzed, and the machining defects of FRCMCs-SiC were summarized. But for FRCMCs-SiC, the existing quantitative evaluation of the machined surface integrity was weak and unsystematic.     

超声磨料对TC4钛合金电火花加工表面质量的影响

为改善TC4钛合金电火花加工表面质量,减少表面微裂纹、重熔层等表面缺陷,提出了基于电极振动的超声磨料电火花复合加工方法。在煤油工作液中混入12g/L的SiC磨料粉,进行了有无超声磨料作用的窄脉冲(脉宽小于1μs)电火花加工的表面粗糙度对比实验研究。实验结果表明:SiC磨料的超声振动作用使零件表面粗糙度Ra由0.5μm降到0.2μm左右;重熔层厚度、表面裂纹的扫描电子显微镜(SEM)照片显示,超声磨料作用使重熔层厚度减薄20～30μm,表面微裂纹得到有效控制;机理分析认为工作液高频振动及磨料对工件的冲击作用,是改善TC4钛合金电火花加工表面质量的主要原因。研究表明磨料的超声振动作用可显著改善TC4钛合金电火花加工的表面质量。     

航空发动机钛材料磨削技术研究现状及展望

钛材料主要指钛合金、钛铝金属间化合物和钛基复合材料，具有密度低、强度高、抗氧化与蠕变性能好等优异特性，在航空发动机领域具有广泛应用前景。钛材料属于典型的难加工材料。磨削是高效精密加工钛材料的重要方法，可以获得良好的加工精度和表面质量。首先概述了钛材料在航空发动机中的应用及其磨削工艺技术总体情况。随后，从磨削力与磨削温度、砂轮磨损、材料去除机理、表面完整性等方面阐述了钛材料磨削技术的研究进展，并总结了针对钛材料磨削关键问题提出的新工艺和新方法。最后，对钛材料磨削技术未来的研究方向进行了展望。     

脉冲电流大厚度电解线切割加工试验

航空航天难加工材料直纹面构件的高精度高表面完整性加工已经成为制造领域普遍关注和亟需解决的难题，电解线切割加工在高表面完整性要求加工场合上具有原理性优势。建立脉冲电流电解线切割加工模型，分析了工件厚度变化带来的影响。试验结果表明：随着工件厚度增加，电解液电阻减小，工件两端极间电压减小，加工缝宽变窄；双电层时间常数增大，脉宽时间内充电所能达到的电位降低，有效加工时间变短，平均电流密度较低；脉冲频率大于20 kHz时，最大进给速度随频率增加而快速减小，低于20 kHz时，最大加工速度差别较小。最后，采用脉冲频率20 kHz，以进给速度4 μm/s稳定加工出20 mm厚榫头/榫槽结构，表面粗糙度约为0.449 4 μm，表面质量、加工效率明显高于100 kHz加工效果。     

磨削表面形貌建模研究现状与展望

文 摘 磨削表面形貌是磨削表面完整性的重要指标之一,其对材料的接触应力、耐磨耐腐蚀性及抗疲劳强度等起着关键作用。本文概述分析了国内外在磨削表面形貌建模方法、技术路线、研究结果等所取得的进展,对磨削表面形貌建模的三类方法(经验建模法、理论建模法、有限元分析法)进行了综述,对各类建模方法的原理和优缺点进行论述,指出当前相关磨削表面形貌研究方向存在的问题。最后,提出了磨削表面形貌建模研究的发展方向。     

钛合金加工表面完整性的研究现状与展望

钛合金作为航空发动机等高端装备零部件的关键材料,具有良好的高比强度、优异的抗腐蚀性与超强的断裂韧性与疲劳性能.作为典型的航空难加工材料,钛合金在制造过程中引起的表面完整性对其服役性能与可靠性有着至关重要的影响.为此,从切削加工、磨削加工、复合加工与特种加工4个工艺角度对钛合金制造过程中表面完整性的研究现状进行详细阐述....     

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。