ＹＧ 刀具与７０５０ 铝合金加工性能匹配研究

以７０５０ 铝合金为研究对象ꎬ使用ＹＧ３ 和ＹＧ６ 两种刀具对其进行切削试验ꎮ 试验结果表明:ＹＧ３

刀具切削力和表面粗糙度值高于ＹＧ６ 刀具ꎬＹＧ６ 切削表面形貌明显优于ＹＧ３ 刀具ꎬ说明ＹＧ６ 刀具与７０５０ 铝

合金加工性能匹配性好ꎮ

     

高体积分数ＳｉＣｐ / Ａｌ 复合材料精密车削加工工艺技术

针对高体积分数铝基碳化硅材料车削加工过程中出现的刀具磨损严重、寿命低、切削难度大、零

件质量难以保证等问题ꎬ采用聚晶金刚石刀具(ＰＣＤ 刀具)对其进行精密车削工艺实验ꎬ并利用扫描电镜、粗糙

度仪、圆度仪等设备对已加工表面和刀具磨损形态进行观察分析研究ꎮ 研究表明:刀具材料、切削速度、切削深

度和进给量是影响高体积分数ＳｉＣｐ / Ａｌ 复合材料加工质量的主要因素ꎮ 当切削速度在２５~４０ ｍ/ ｍｉｎ、切削深

度在２５~３５ μｍ 和进给量为２５ μｍ/ ｒ 的ＰＣＤ 车刀时ꎬ切削效果最佳ꎬ可以有效地提高加工效率ꎬ改善工件表面

加工质量ꎬ得到表面粗糙度为０.５８ μｍ 和圆柱度为０.９１ μｍ 的加工表面。

     

用含硅芳炔树脂制备Ｃ/ Ｃ－ＳｉＣ 复合材料

以含硅芳炔树脂为先驱体ꎬ采用先驱体浸渍法(ＰＩＰ) 制备了Ｃ/ Ｃ－ＳｉＣ 复合材料ꎮ 首先通过炭化

Ｔ３００/ 含硅芳炔树脂(ＣＦＲＰ)制备了多孔Ｃ/ Ｃ－ＳｉＣ 预制体ꎬ并探究了炭化工艺对所得多孔Ｃ/ Ｃ－ＳｉＣ 预制体性能

的影响ꎬ制得的多孔Ｃ/ Ｃ－ＳｉＣ 预制体弯曲强度为９８ ＭＰａꎻ然后以含硅芳炔树脂溶液为浸渍剂ꎬ浸渍多孔Ｃ/ ＣＳｉＣ

预制体ꎬ经过４ 次浸渍、固化、炭化后ꎬ得到致密的Ｃ/ Ｃ－ＳｉＣ 复合材料ꎬ其弯曲强度提升到２０３ ＭＰａꎬ同时用

ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＴＥＭ 等手段表征了复合材料的微观结构ꎬ所得Ｃ/ Ｃ－ＳｉＣ 复合材料主要成分为β－ＳｉＣ 及无定型碳ꎮ

     

纤维增强ＳｉＢＮ 陶瓷基复合材料的制备及性能

为了满足不同马赫数飞行器对透波材料提出的集透波、承载、防热、耐蚀、抗冲击于一体的性能

要求ꎬ本文开展了不同耐热区间纤维增强陶瓷基复合材料的研究ꎮ 采用ＰＩＰ 工艺分别制备了氧化铝、莫来石、

石英、氮化硅纤维增强ＳｉＢＮ 陶瓷基复合材料ꎬ并对其介电和力学性能进行了测试与评价ꎮ 结果发现莫来石纤

维增强ＳｉＢＮ 陶瓷基复合材料的介电常数和介电损耗分别为４.１~４.２ 和１.０×１０－２ ~９.７×１０－３ꎬ抗弯、拉伸、压缩

强度分别为９５.１２、３４.９５ 和８０.９２ ＭＰａꎬ具有最佳的综合性能ꎮ

     

Ｔｉ－Ｓｉ－Ｂ４ Ｃ－Ｃ 系的燃烧反应机理

针对Ｔｉ－Ｓｉ－Ｂ４Ｃ－Ｃ 反应体系ꎬ在进行热力学分析的基础上ꎬ采用燃烧合成法制备了复相陶瓷粉

体ꎬ采用ＸＲＤ、ＳＥＭ 对反应产物的物相和组织结构进行表征ꎬ探讨了燃烧反应机理ꎮ 研究结果表明ꎬ所制备复

相陶瓷由Ｔｉ３ＳｉＣ２、ＴｉＢ２、ＴｉＣ 三相组成ꎬ其质量分数分别为４４.２％、２７.９％、２７.９％ꎮ ＴｉＢ２相以棱角分明的颗粒形

态存在ꎬＴｉＣ 相以不规则的球形颗粒存在ꎬ两种颗粒弥散分布于具有典型层状结构Ｔｉ３ＳｉＣ２基体中ꎮ Ｔｉ－Ｓｉ－Ｂ４ＣＣ

体系反应机理可以概括为Ｔｉ 与Ｃ 的燃烧反应、Ｔｉ－Ｓｉ 熔体的形成、Ｂ 的还原与Ｔｉ３ ＳｉＣ２ 的合成、ＴｉＢ２ 的生成与

长大四个基本过程ꎮ

     

T800碳纤维增强复合材料精密切削加工机理

以正交切削试验为手段,研究T800 CFRP在小切削余量条件下的切削加工过程和表面形成规律,深入探讨了CFRP在精密切削加工中的切削取向、切削参数范围以及刀具刃口钝圆半径等几个关键问题。试验结果表明:CFRP在切削加工中表现出极为显著的各向异性,切削取向非常重要,0°和135°两个纤维方向上获取了较小的切削力,0°和90°两个纤维方向上形成了较为光滑、平整的表面质量。在精密削CFRP的场合,为获得较小的切削力并得到较好的加工表面质量,0°纤维方向角是最佳切削方向,切削速度应达到200 m/min以上,要选择较小的刀具刃口钝圆半径,切削厚度应大于刀具刃口钝圆半径。     

聚醚酰亚胺对Ｔ７００/ 环氧复合材料的增韧技术

采用聚醚酰亚胺(ＰＥＩ)对Ｔ７００/ 环氧复合材料进行增韧改性ꎮ 实验结果表明ꎬＰＥＩ 改性后环氧树

脂复合材料的韧性得到显著提高ꎬ力学性能和Ｔｇ 都稍有下降ꎻ在强度满足要求的前提下ꎬＰＥＩ 含量在２０ｗｔ％

时ꎬ所得复合材料的韧性最好ꎬＧＩＣ达到５９３.６ Ｊ/ ｍ２ꎮ。

     

ＥＰ－ＰＩ 及ＢＭＩ－ＰＥＳ 的反应诱导相分离

研究了ＥＰ / ＰＩ 和ＢＭＩ/ ＰＥＳ 两种ＴＳ/ ＴＰ 共混体系的反应诱导相分离过程及形貌结构ꎮ 采用相差

显微镜原位研究了反应诱导相分离的过程ꎬ发现分相初期形成了均匀的相结构ꎻ随着相分离的发展ꎬ一定浓度

区域样品中的双连续结构经过演化发展ꎬ分相后期样品内部与边缘的形貌不一致ꎮ 通过对固化后样品断面的

ＳＥＭ 观察ꎬ发现在ＴＰ 浓度很低时形成海岛结构ꎬ当ＴＰ 浓度稍高ꎬ样品形成了核壳结构ꎬ在样品边缘和与基板

接触的上下等外侧形成了ＴＳ 的富集区ꎬ只有极少量的ＴＰ 分散颗粒存在ꎻ在样品的中间ꎬＴＳ 和ＴＰ 形成双连续

结构ꎬ其中ＴＰ 富集相具有细丝状的网络特征ꎮ 分析认为ꎬＥＰ 和ＢＭＩ 为热固性树脂ꎬ初始样品为小分子ꎬ在反

应开始时表现为流体ꎬ为快组分ꎻＰＩ 和ＰＥＳ 为典型的热塑性聚合物ꎬ它们的黏弹性特征随着相分离的发展越来

越显著ꎬ即Ｔｇ以下为玻璃态ꎬＴｇ以上表现出弹性、黏弹性特征ꎬ为慢组分ꎮ 在反应分相过程中ꎬ由于ＴＰ 富集相

缠结网络的松弛慢于相分离的速度ꎬ因此ＴＰ 富集相网络的整体收缩不可避免ꎬ在ＴＰ 与ＴＳ 动力学极不对称的

作用之下ꎬ初始均匀的双连续结构最终发展为核壳结构ꎮ

     

ＳｉＢＡｌＯＮ 陶瓷前驱体的制备与裂解

以聚铝氧烷为铝源ꎬ聚硼硅氮烷兼作硼源和硅源ꎬ共混得到ＳｉＢＡｌＯＮ 陶瓷前驱体ꎬ经高温裂解得

到ＳｉＢＡｌＯＮ 陶瓷ꎮ 采用ＴＧＡ 和ＸＲＤ 对ＳｉＢＡｌＯＮ 前驱体的裂解行为及陶瓷产物晶相结构进行表征ꎮ 结果表

明ꎬＡｌ 的引入降低了陶瓷的结晶温度ꎬ当陶瓷中的Ａｌ 含量为１０ｗｔ％时ꎬ１ ３００℃ 处理后析出β－Ｓｉ３ Ｎ４ 晶体ꎬ１

５００℃时ꎬ陶瓷中的Ａｌ 和Ｏ 与无定型的Ｓｉ－Ｎ 结合生成出现Ｓｉ２Ｎ２Ｏ 和Ｓｉ３ Ａｌ３ Ｏ３＋１.５ｘ Ｎ５－ｘ结晶ꎬ１ ７００℃时Ａｌ 和Ｏ

与结晶的β－Ｓｉ３Ｎ４固溶生成β’ －ＳｉＡｌＯＮ 结晶ꎬ最终陶瓷产物晶相组成为Ｓｉ２ Ｎ２ Ｏ/ Ｓｉ３ Ａｌ３ Ｏ３＋１.５ｘ Ｎ５－ｘ / β’ －ＳｉＡｌＯＮꎮ

对陶瓷的介电性能进行研究表明ꎬ温度<１ ０００℃时ꎬ其介电常数和介电损耗较为稳定ꎬ分别约为３ 和<０.００４ꎮ

     

ＳＭＰ 复合壳结构力学性能的有限元分析

基于建立的三维ＳＭＰ 本构方程ꎬ采用有限元的方法对ＳＭＰ 壳结构的弯曲和展开性能进行了建

模和仿真ꎬ重点研究了该壳的高温加载ꎬ降温固形ꎬ低温卸载和升温恢复的形状记忆过程ꎬ并进一步分析了金属

壳片对ＳＭＰ 壳的增强效应ꎮ 通过本构方程和有限元方法有效地描述了三维复杂应力状态下ＳＭＰ 壳的形状记

忆行为ꎬ 模拟得出了壳的反向弯曲的弯矩大于正向弯曲的弯矩以及弯矩－转角曲线具有明显的非线性ꎬ得出金

属薄壳能够有效的提高壳结构的刚度和形状恢复力。

     

三种Ｔ７００ 级碳纤维及其复合材料性能比较

对ＭＴ７００、Ｔ７００－Ａ 及Ｔ７００－Ｂ 三种碳纤维拉伸性能、表面形貌、单向板力学性能及网格加筋圆筒

轴压稳定性进行逐级对比研究ꎮ 结果表明:ＭＴ７００ 碳纤维拉伸性能达到同级别进口碳纤维水平且具有高模量

特征ꎻＭＴ７００ 碳纤维表面均布沟槽的结构特点使得ＭＴ７００/６０３ 复合材料体系表现出良好的界面性能和拉伸－

压缩匹配性ꎬ单向板压缩强度、层剪强度及弯曲强度均明显高于Ｔ７００－Ａ/６０３ 和Ｔ７００－Ｂ/６０３ꎻＭＴ７００/６０３ 网格

加筋圆筒轴压破坏强度及模量分别达到８７０ ｋＮ 和１０８.２ ＧＰａꎬ相比于Ｔ７００－Ｂ/６０３ 分别提高１１.５％和３３.１％ꎮ

ＭＴ７００ 碳纤维更适用于制备航天领域结构复杂承力构件ꎮ

     

超声振动辅助切削对碳纤维增强树脂复合材料面下损伤影响的仿真研究

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在传统加工（OC）过程中存在着切削力过大、表面质量不佳、面下损伤较为严重等问题。为了改善上述问题，本文提出使用超声振动辅助切削（UVC）工艺加工CFRP，通过仿真分析对切削力与面下损伤深度进行研究。结果表明：使用UVC加工CFRP可降低13%~80%的切削力，且纤维方向角对切削力影响较小。与OC相比，UVC切削0°、45°纤维方向角的CFRP时可以减少约50%的面下损伤深度；在切削90°、135°纤维方向角的CFRP时虽然没有改善面下损伤深度，但取得了较为平整的已加工表面以及较小的损伤区域。     

单向碳纤维复合材料直角自由切削力的研究

以单向碳纤维复合材料(UCFRP)直角自由切削为研究对象,给出了纤维方向角0°~90°范围内的水平和垂直两方向切削力的理论计算方法。基于切削实验观察,发现在小切削厚度下,刀具刃口半径的作用应当考虑到切削力的计算中去。将切削区分为3个变形区分别计算切削力,总的切削力即为此3个变形区切削力之代数和。计算方法中考虑了刀具前角、刀具刃口半径、切削厚度、材料力学性能等多方面实际因素,发现纤维方向角、刀具前角、切削厚度等因素均对切削力的变化有较明显的影响。经计算值与实验数据对比,发现两者间有较好的一致性。     

刀具织构轮廓对碳纤维增强复合材料面下损伤影响的切削仿真研究

为减小碳纤维增强复合材料（CFRP）加工时的面下损伤深度,创建了基于二维Hashin准则的宏观连续动态切削CFRP有限元模型,分析了切削力和面下损伤深度与纤维方向角之间的变化趋势,通过引入织构刀具来降低切削力及面下损伤深度,比较了沟槽形织构刀具、圆形织构刀具、三角形织构刀具切削CFRP的切削力和面下损伤。结果表明,不同织构刀具的切削力和面下损伤深度随纤维方向角变化趋势一致,均在0°时最小,90°达到最大值;织构刀具相对传统无织构刀具切削CFRP时均降低了切削力和面下损伤深度,其中圆形织构刀具降低程度最大;仿真模型经实验验证准确有效。     

刀具钝化对铣削GH4169表面粗糙度的影响

针对GH4169难加工材料,采用单因素实验法,研究了不同切削参数下刀具钝化对面粗糙度的影响,实验表明:使用钝化刀具加工形成的表面粗糙度较未钝化刀具有所下降,表面质量得以提高;切削深度由刃口半径的0.5倍变化到4倍时,表面粗糙度呈先减小后增大趋势,当切削深度是刃口半径的2倍时表面粗糙度最低.     

不同纤维方向角时碳纤维增强树脂基复合材料切削力建模

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）切削中,存在纤维断裂、基体失效和界面相失效等多个过程,且不同纤维切削角时切屑形成机理不同,因而CFRP切削力的有效预测非常困难。对此本文结合最小势能原理和Winkler弹性地基梁理论,基于CFRP代表性单元（RVE）,利用其微元求解纤维挠曲变形方程,分别分析了不同纤维方向角时三个切削变形区的力学行为,并完成纤维临界损伤长度的预测,最终形成不同纤维方向角时的CFRP切削力解析模型。通过CFRP直刃铣刀铣削实验,进行了切削力模型的验证,当纤维方向角在0°~180°时,切削力计算值和实验值随纤维方向角的变化趋势相吻合,切削力大小误差在15%以内。切削力随纤维方向角的增大先增后减,分别在90°和45°附近转变变化趋势。切削形貌表明,纤维方向角为135°时,CFRP铣边加工质量较差,临界损伤长度也较大。建立的切削力解析模型可以较为准确地预测CFRP正交切削力,可为CFRP切屑形成中的力学行为分析提供理论指导。     

纤维方向角对超低温冷却石英纤维复合材料铣削性能的影响

石英增强聚酰亚胺树脂基复合材料是一种非均匀的各向异性材料,其加工性能高度依赖于纤维铺层方向与加工进给方向所成角度,即纤维方向角。本文通过一系列不同纤维方向角的干切削和超低温冷却铣削实验,研究了纤维方向角对表面形貌、表面粗糙度、铣削力及刀具磨损的影响。结果表明:不同纤维方向角,剪应力形式不同,切削断屑形式也不同。纤维方向角为锐角时铣削表面质量均良好,但当纤维方向角增大到90°时,切削表面质量下降,切削力变化幅度增大。相同铣削时间内,在干切削工况下,刀具磨损严重,涂层脱落面积约为测量面积的70%;而在低温切削工况下,涂层未遭到严重破坏,刀具仍处于稳定磨损阶段,刀具耐用度优于干切削工况。     

刀具磨损形态对Ti6Al4V切削过程影响的有限元仿真研究

应用有限元仿真方法研究了不同刀具磨损形态对钛合金切削过程的影响规律。首先根据实际刀具磨损尺寸建立前刀面月牙洼磨损为主、后刀面磨损为主、前后刀面同时磨损以及刃口钝化4种磨损类型,然后应用AdvantEdge软件建立磨损后硬质合金刀具切削Ti6Al4V的仿真模型并对其进行有限元分析。结果表明:前刀面月牙洼增大时刀尖处温度减小;后刀面磨损增大时工件表层拉应力增大,次表层压应力减小;前、后刀面同时磨损时,随着磨损程度的增大,切屑曲率半径明显减小,切削力增幅相比单一磨损有所减小;刃口钝化对切削力影响最大,当钝圆半径接近进给量时,耕犁效应变得十分明显。     

圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的切削力和表面质量研究

为了研究圆片刀加工参数对切削力和表面质量的影响,首先对圆片刀超声切削和普通切削的切削力进行了理论分析,在此基础上开展了圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯试验,获得了进给速度、刀具转速和超声振幅对切削力的影响规律。进一步以蜂窝芯孔壁撕裂数量和长度作为加工表面质量的表征参数,定量研究了加工参数对于蜂窝芯表面质量的影响。试验结果表明:普通切削条件下,增大刀具转速和减小进给速度可以有效降低切削力;随着超声振幅的增大,切削力显著减小,相比普通切削,当超声振幅为35μm时,进给方向的切削力和刀具轴向的切削力分别减小53.1%和33.9%;切削力试验结果与理论分析结果一致。此外,Nomex蜂窝芯孔壁撕裂数量随着刀具转速的增大和进给速度的降低而减少,超声振动作用可以有效减少蜂窝芯孔壁撕裂的数量和长度。研究为圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的加工参数的选择提供参考。     

机夹大刃倾角端铣刀

刀具结构如图所示。主要特点: 1.刃倾角λ=20°,切削中刀刃或前刀面首先接触工件,刀尖不易损坏,并有利于规则排屑。 2.主偏角ψ=70°,径向切削分力小,使切削平稳,适合强力切削。削刃及过渡刃研磨有0,2×(-5°)倒棱,增强刃口强度,不易崩刃。 4.由于采用大刃倾角及大前角,切屑变形较小,降低了切削力及切削温度,减少功率