基于流固耦合的深孔枪钻加工冷却液对切屑成形的影响（英文）

切屑形貌是影响深孔加工质量的重要因素之一。本文以冷却液油压为单因素变量,对Φ17 mm标准枪钻加工的流场进行CFD仿真模拟和试验研究,探讨了冷却液油压对切屑成形和断裂的影响规律。结果表明:在切屑成形初期,冷却液的流动会强化切屑侧向卷曲,继而影响切屑螺旋卷曲半径和切屑的螺旋圈数,其中侧向卷曲程度随切削液进口压力增大呈先增大后减小的趋势,在3 MPa时卷曲程度最小。此外,在排屑过程中,流场内的收缩流股是排出切屑和迫使切屑发生二次断裂的主要影响因素,其对排屑和断屑的影响与进口油压呈正比。     

氮气油雾介质下Ti-6Al-4V钛合金高速铣削试验研究

通过以氮气油雾作为切削介质的切削方法,应用硬质合金刀具对T i-6A l-4V钛合金材料进行了高速铣削试验,分析了铣削过程中的切屑形成、刀具磨损、已加工表面粗糙度等因素的变化。对氮气油雾介质下的钛合金高速铣削机理进行了探讨,同时通过氮气油雾介质、空气油雾介质以及干切削状况下的钛合金高速铣削对比试验,证明了以氮气油雾为切削介质进行钛合金高速铣削的可行性。研究结果表明,与空气油雾介质及干切削相比,氮气油雾介质下的钛合金切屑表面较为平整,刀具磨损与已加工表面粗糙度均相对较低。利用氮气油雾作为切削介质,是实现钛合金绿色高速切削加工的有效方法。     

固溶时效对热等静压制备的TC4钛合金性能的影响

采用热等静压工艺对Ti一6A1—4V(简称TC4)雾化预合金粉的粉末冶金技术进行了研究,采用不同的固溶温度、时效温度以及时效时间,研究了热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明,采用预合金粉工艺制备的Ti一6A1—4V粉末钛合金材料力学性能良好,于965℃固溶并采用水冷,然后在470℃时效,试样具有优良的力学性能,适宜冷加工生产。     

冷却润滑介质对钛合金Ti6Al4V加工性能的影响(英文)

为了更好地理解和认识冷却润滑介质在切削过程中的作用并延伸它们的应用,应用无涂层硬质合金对钛合金Ti6Al4V在不同冷却润滑介质下(干切削、冷风、最小量润滑(Minimal quantity lubrication,MQL)、低温MQL以及电离空气)进行了高速车削试验。结果表明,在120m/min车削Ti6Al4V时,电离空气条件下的切削力最小,低温MQL条件下切削温度最低。电离空气条件下的刀具寿命最长,其次是低温MQL。同时,电离空气条件下获得的加工表面粗糙度最小。通过扫描电镜分析,高速车削Ti6Al4V时,后刀面磨损和月牙洼磨损是刀具磨损的主要方式。实验说明电离空气与低温MQL具有较好的冷却与润滑效果,可以有效地提高刀具寿命。     

退火温度对Ti6Al4V薄板退火变形影响的有限元分析及实验验证

为了研究钛合金退火变形规律,对Ti6Al4V薄板初始残余应力作一定假设和简化,采用MSC.marc软件建立Ti6Al4V薄板退火热粘塑性模型,分析不同退火温度(550, 580, 600, 620, 650 ℃)对钛合金退火变形的影响及其原因,并结合退火实验验证模拟结果。结果表明,初始残余应力在蠕变作用下产生蠕变应变和弹性应变,使薄板退火后应变分布符合板材弯曲时典型应变分布规律,最终导致薄板退火变形。随着退火温度升高,蠕变作用加强,退火变形增大,而应力应变随时间变化趋势基本一致。实验结果验证了数值模拟的可靠性。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。     

钛合金车削过程切屑形成的实验研究

本文运用爆炸型快速落刀装置“冻结”切削的技术,以及切削力和显微硬度的测定,在氖气和空气中切削的对比等方法,对钛合金车削过程切屑形成的机理及其难加工的主要原因作了探讨。 文章根据实验结果对钛合金和45号钢车削过程中的几个方面进行综合分析后指出:钛合金的变形较小,加工硬化不严重,得到的是挤裂型片状切屑,其切屑形成机理与45钢带状切屑有所不同。并进一步指出产生片状切屑以及切屑形成机理不同的主要原因是钛合金强烈的化学活性。 本文认为钛合金难以加工的主要原因是它的化学活性。因此深入研究其化学作用的机理,采取适当的措施加以抑制,是有效改善钛合金切削加工性的一个重要方面。 此外,本文还就切削速度、进给量和刀具前角对钛合金车削过程中变形的影响,作了实验分析。     

加工钛合金大口径深盲孔的研究

钛合金属难加工材料,其深孔加工的难度更为突出,加工质量不易保证。本文通过实验对比,对加工钛合金大口径深盲孔中出现的偏孔、切屑堵塞、切削振动、刀具破损等主要问题进行了分析,提出了解决办法,得出了切削用量的优化参数。由于钛合金的化学亲和作用,深孔加工刀具的导向条表面易于粘附,结果拉伤已加工表面,造成表面粗糙度上升。加大导向条与孔壁的间隙虽可减少导向条表面的粘附,但同时会引起切削振动的加剧。针对这一矛盾,本文着重对加工刀具的导向条分布、导向条与孔壁的间隙以及导向条的选材方面进行了探讨,提出了以非金属导向条代替硬质合金导向条进行钛合金深孔精加工的方法,使得已加工表面的粗糙度大大降低。这些研究结果对实际加工具有一定的指导作用。     

钛合金的电解加工及其表面质量的研究

本文对加工TC4、TC9钛合金的电解液进行了初选试验,着重研究了TC4在八种电解液中加工时蚀除速度V_1与电流密度i的关系,得到V_1=ai的直线方程式.研究了低电流密度区点蚀的形成及其影响因素,并用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了点蚀的表面形貌。初步讨论了钛合金压气机叶片在电解加工中出现的一些表面缺陷问题。     

Ti6Al4V钛合金表面羟基磷灰石陶瓷膜的制备

Ti6Al4V钛合金在不同钙磷浓度电解液体系中进行微弧氧化制得氧化膜,并进行水热处理。采用SEM观察微弧氧化膜微观形貌,使用EDS、XRD分析膜层成分和相组成。结果表明:电解液中钙磷浓度直接影响其在膜层中的含量,且钙离子主要靠扩散作用进入膜层,而磷离子靠电迁移进入膜层;微弧氧化膜中的钙盐、磷盐水热处理后转化成具有生物活性的羟基磷灰石,但处理温度过高,会出现晶粒粗大,适宜的水热处理工艺是200℃水热处理12小时。     

CHIP FORMATION MODEL OF TITANIUM ALLOYS

钛合金的切屑变形从低速起就是一种典型的集中剪切滑移,这种集中剪切滑移在高速切削大部分难加工材料时是一种普遍现象。本文研究了钛合金加工的切屑形成过程并提出了描述集中剪切切屑形成过程的三阶段模型。该模型解释了集中剪切切屑节块如何启动、梯形化并最终形成锯齿形切屑。     

扫描波形对TC4钛合金电子束焊接焊缝成形的影响

扫描波形是电子束焊接时的工艺参数之一,但目前对于扫描波形对焊缝成形是否有影响未有定论。采用真空电子束的11种扫描波形对3 mm厚的TC4钛合金进行焊接,研究了电子束焊接不同扫描波形对焊缝成形的影响。结果表明:扫描波形对焊缝表面成形没有显著影响;不同扫描波形焊接所得焊缝横截面均为"楔形"焊缝,扫描波形为x方向的三角波、矩形波、锯齿波以及y方向的三角波时所得的焊缝存在单侧咬边缺陷;扫描波形对焊缝熔宽和熔深的影响呈现无规律的波动,但是焊缝深宽比基本没有变化。     

聚晶金刚石刀具铣削Ti40阻燃钛合金失效机理

选用3种不同粒度金刚石（0.5,10和30 μm）的聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)刀具铣削加工Ti40阻燃钛合金,结合三维视频显微镜与扫描电镜观测刀具形貌,分析金刚石粒度对刀具磨损和破损行为的影响,揭示PCD刀具的失效机理。研究发现,金刚石粒度越小,PCD刀具的耐用度越高。在铣削加工的力-热冲击作用下,PCD刀具的磨损主要表现为磨粒磨损和粘结磨损,而破损初期表现为以微裂纹、前后刀面剥落和微崩刃为主,后期发生了局部碎裂。剥落和微崩刃主要发生在PCD刀具的前、后 刀面临界切深2.5~3.0 mm处,微裂纹是导致发生剥落和微崩刃的主要因素。     

振动频率对超声辅助切削温度影响的仿真研究

钛合金为难加工材料,被广泛应用于航天航天等领域,近年来,超声振动在钛合金切削加工方面得到广泛的运用。在实现断续切削的情况下(2πfa3Vc),运用Adevant Edge软件建立了反映温度场分布的超声振动车削有限元模型,并用该模型仿真研究了振动频率对超声切削温度影响的规律。研究表明:适当增大超声振动频率可降低加工接触率,实现断续切削,降低刀尖切削温度,增加刀具的使用寿命;在相同工艺参数条件下,存在一振动频率临界点,超过该频率将导致刀尖与切屑摩擦热增加速度大于刀具散热速度,致使刀具温度升高。     

钛合金EJM加工中超声辅助作用研究

本文致力于研究钛合金在应用超声辅助（UA）进行电解液喷射加工（EJM）时的表现。钛合金进行EJM加工时,工件表面易生成钝化层进而导致加工效率降低。本文分别对应用氯化钠（NaCl）电解液和硝酸钠（NaNO3）电解液的超声辅助钛合金EJM加工效果进行研究,通过分析比较常规EJM加工以及功率一定,频率分别为25,68,135kHz的三种超声辅助EJM加工所得钛合金样槽的表面氧化物百分比、深宽比、表面粗糙度和微观形貌,论证了UA在钛合金EJM加工中的具体作用,为改进钛合金EJM加工的质量与效率提供了新的思路与方法。     

小卫星一体化星敏支架拓扑优化

针对小卫星薄壁式铸钛一体化星敏支架减重需求,采用拓扑优化方法设计了一种面向3D打印制造的一体化星敏支架,拓扑优化计算时以刚度不低于200 Hz和重量最小化为目标得到了材料分布模型,采用形状优化和形貌优化等手段对材料分布模型进行光顺处理得到了拓扑优化设计后一体化星敏支架。经有限元分析,星敏支架刚度和强度满足要求。选择Ti6Al4V（TC4）激光选区熔化成型工艺加工了样机,验证了拓扑优化的星敏支架的可制造性。拓扑优化的一体化星敏支架重量相比薄壁式结构铸钛一体化星敏支架减重达80%。     

页轮干式磨削Ti6Al4V合金

进行了Ti6A14V合金锆刚玉页轮和碳化硅页轮的磨削性能试验研究,分析了磨削用量对磨削力、磨削温度和磨削表面完整性的影响。磨削力通过KISTLER9265B测力仪测定,磨削表面温度由NIUSB-621X信号采集系统测得,磨削表面形貌和金相组织由HiroxKH-7700型体视显微仪和Quanta200型扫描电镜（SEM）观察,表面粗糙度由Mahr Perthometer M1粗糙度仪测得,表层显微硬度通过HVS—1000硬度计测定。研究结果表明：页轮磨削钛合金工件表面没有发生烧伤现象,磨削热影响区厚度小于50μm,锆刚玉页轮比碳化硅页轮更适合干式磨削钛合金。     

基于模糊神经网络的升温超塑性成形工艺参数优化

为了解决恒温超塑性成形工艺效率低的问题，本文提出了一种升温超塑性成形的新工艺方法，并用模糊神经网络对升温超塑性胀形成形的工艺参数进行优化，得出了优化后的TC4钛合金升温超塑性胀形成形工艺的加载曲线，利用优化后的成形工艺参数进行了某航空器用TC4钛合金薄板盒形件的升温超塑性胀形成形试验。试验结果表明：与恒温超塑性成形相比，此工艺可以显著地缩短成形时间，在本文试验条件下每个零件可以缩短成形时间10min，并可改善材料的成形性，获得厚度分布均匀（厚度分布不均匀率〈8％）的成形零件。基于模糊神经网络方法进行成形工艺参数优化的升温超塑性成形方法可在实际生产中应用。     

钛合金TC4热应力校形的数值模拟

钛合金的屈服强度和弹性模量比值高,故其成形后回弹量大,成形的零件精度低,校形是解决钛合金成形回弹的有效方法.基于商用模拟软件Ansys建立了TC4钛合金高频感应热应力校形的控制模型,利用软件中LS-DYNA求解嚣,对钛合金热应力校形的过程进行模拟,得出了钛合金高频感应热应力校形中的一些规律和合适的工艺参数,并进行了相关实验验证工作.研究结果表明:所建立的高频感应热应力校形的控制模型得到的模拟结果与实验结果的一致性较好.     

大螺距数控螺旋铣削飞机叠层结构界面孔径非一致性缺陷抑制方法（英文）

研究了大螺距数控螺旋铣削(NC orbital milling,NCOM)飞机叠层结构界面孔径非一致性缺陷的抑制方法。对比试验表明,毛刺、孔检非一致性和误差是典型的界面缺陷,其中大螺距螺旋铣削制孔时孔径非一致性和误差比毛刺更为严重。作为影响界面缺陷的主要因素,对轴向力和径向力进行了深入研究。从螺旋铣孔(Orbital milling,OM)的加工机理和叠层制孔的实际工况出发,对CFRP/Ti6Al4V叠层结构进行了不同切削条件下大螺距NCOM制孔试验,分析了叠层夹紧、切削参数、微量润滑(Minimal quantity lubrication,MQL)、以铣代铰、层间变速等方法对界面孔径的影响。研究结果表明,层间夹紧、层间变速及MQL均可有效抑制界面孔径对接超差缺陷。当采用一把刀具加工不同尺寸孔径时,轴向进给对界面孔径精度的影响比切向进给显著;当采用多把不同加工同一尺寸孔径时,小直径刀具会降低一次加工时界面孔径精度,但可以采取"二次以铣代铰"方法改善孔径加工精度。