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。     

定向凝固镍基高温合金叶片榫齿高效深切成型磨削

针对定向凝固镍基高温合金DZ125叶片榫齿,采用电镀成型CBN砂轮对其进行了高效深切磨削(High efficiency deep grinding,HEDG)试验,对磨削比能及工件表面完整性进行了分析。结果显示,在保持速比(vs/vw)不变时,提高磨削速度vs可有效降低磨削比能,提高平均材料去除率。磨削比能表现出"尺寸效应",其值最终稳定在40~60J/mm3之间;在相同的平均材料去除率下,磨削比能随着磨削深度的增大而上升;在相同的单颗磨粒切厚下,磨削深度的差异对磨削比能的影响较小。对试验中最大平均材料去除率下获得的工件表面质量进行分析发现,已加工工件表面不同区域磨削纹理均很清晰,无皱叠及犁沟两侧翻起等现象;表层金相显微组织基本无变化,未发现相变、撕裂及晶粒扭曲现象;工件表层加工硬化程度为7.7%~19%,深度为40μm。结果显示了HEDG在高效磨削DZ125叶片榫齿中推广应用的潜力,并为其实际生产中磨削参数的选择提供了参考。     

钛合金砂带磨削磨粒磨损研究

探讨了砂带磨削钛合金的砂带磨粒磨损过程及磨损机理.验证了砂带磨损的初期磨损阶段和定常磨损阶段,并分析了切深和进给速度对砂带磨损过程的影响规律.结果表明,砂带等高性是决定砂带寿命与加工精度稳定性的决定性因素.     

稀土镧对Ag-Cu-Ti钎料微观组织与性能的影响

研究了稀土元素镧对Ag-Cu-Ti钎料合金微观组织、物理性能和显微硬度的影响。实验结果表明,添加一定量的稀土元素镧对Ag—Cu—Ti钎料合金的熔化温度无明显影响,但可显著提高钎料合金的润湿性能和显微硬度。分析结果表明,稀土元素镧可以细化钎料合金的微观组织,使金属间化合物分布更加均匀。这也是实验条件下Ag—Cu—Ti钎料合金显微硬度提高的主要原因。钎料Ag—Cu—Ti合金中稀土镧加入的质量分数不应超过0．5％。     

航空航天难加工材料切削加工过程模拟与智能控制综述

随着航空航天关键构件服役性能要求的不断提升,高性能钛合金、镍基高温合金、高强度钢等难加工材料大量应用到航空发动机等重大装备。切削加工是高强韧难加工材料的重要加工方法,在加工过程中普遍存在切削力大、切削温度高、工具磨损严重和加工质量差的问题。针对当前航空航天难加工材料切削加工过程切削力、切削温度、工具磨损及表面质量的仿真技术与智能控制技术进行了系统性的总结和梳理,分析了当前研究存在的主要问题与关键挑战,对切削加工过程仿真模拟与控制技术的未来发展趋势进行了展望。     

Development and Prospectives of Ultra-High-Speed Grinding Technology

Ultra-high-speed grinding(UHSG)is a significant and powerful machining method in view of the enhanced productivity and precision demands.Previous researches regarding formation mechanisms and crucial technologies are comprehensively and thoroughly summarized to highlight state-of-art technology of UHSG.On the basis of the interdependence between process and machine innovations,theoretically,grinding mechanisms in strain hardening,strain rate strengthening,thermal softening,size effect and process characteristics need more in-depth studies to clarify the dominance of UHSG.Technically,CFRP wheel integrating with the brazed bonding has a prominent advantage in bonding strength and grit′s configuration over vitrified bonding,which would be superior in UHSG.Furthermore,external high pressure cooling combining with inner jet cooling methods,accompanied by scraper plates to alleviate the effect of air boundary,are crucial and practical measures for realizing effective cooling in UHSG.Grinding processes,especially those being related to grinding parameters and precise in-process measuring approaches,are also prerequisite for fitting and investigation of UHSG.     

热管砂轮缓进给深切磨削钛合金试验

分析了热管砂轮在磨削过程中的强化换热原理并研制出可用于磨削加工的热管砂轮,实现了对热管砂轮的抽真空检漏、精确注液以及真空封尾。最后,开展了热管砂轮缓进给深切磨削TC4钛合金的试验研究。试验结果表明,热管砂轮能将磨削弧区积聚的热量通过砂轮内部热管的换热作用快速疏导出去,从而有效降低磨削温度,避免工件烧伤。     

镀钛金刚石钎焊界面微区结构分析

采用Ag-Cu-Ti合金粉末在加热温度920 ℃保温时间8 min条件下真空钎焊镀钛金刚石，运用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪综合分析界面微观结构、元素分布特征及新生物相形貌。结果表明，镀钛金刚石镀层并不是单一钛的附着层，而是薄层TiC。钎焊过程中，镀钛金刚石磨粒与Ag-Cu-Ti钎料结合界面出现显微组织分层现象，原镀层与 新生层厚度分别约为0.8 μm和5 μm。新生化合物在镀层表面呈短针状致密生长且有序连成片状，在镀层破损处有长约4 μm，宽约1.5 μm针状物，而在破损边缘处碳化物呈棒状背离镀层侧向生长。原子扩散动力学分析显示镀层晶体结构会限制游离C原子的无规则运动，使得新生TiC均匀分散形核并长大。     

钛合金TC4高速切削刀具磨损的有限元仿真

借助有限元方法对切削钛合金时硬质合金刀具的磨损进行了仿真.首先,根据钛合金切削时刀具磨损机理,建立了能够综合反映粘结磨损、扩散磨损及磨粒磨损的磨损率模型;通过增大传热系数、平滑节点磨损值等方法,解决了刀具磨损过程中切削温度场的仿真、内部网格的调整及刀具表面轮廓的光滑处理等一系列问题,结合磨损子程序建立了预测刀具磨损的有限元模型.然后,通过切削实验对有限元模型的有效性进行了验证,结果表明:所建立的有限元模型能够较准确的预测刀具前刀面磨损及其磨损形貌.最后,对高速切削钛合金条件下的刀具耐用度进行了预测,预测结果表明:随着速度的增加,刀具会快速磨损,切削速度为300 m/min时刀具寿命仅为130 m/min时的1/3.因此,切削速度的选择要综合考虑切削效率与刀具寿命这两个因素.