TC4-DT钛合金钻削表面完整性研究

TC4-DT钛合金是重要的损伤容限结构材料之一,研究其在钻削工艺中表面完整性对于其损伤容限分析具有重要意义。本文通过试验研究了不同材质、直径钻头,在不同钻削速度下对钻孔附近被切削材料的残余应力及钻孔表面粗糙度的影响,总结了钻削参数对于表面完整性的影响规律,并建立了可预测钻削残余应力分布的有限元仿真模型。     

TC4钛合金电子束焊接工艺参数对焊缝形状的影响

对TC4钛合金厚板电子束焊接焊缝形状进行了试验研究,分析了电子束焊接过程中不同工艺参数对焊缝形状的影响。结果表明,电子束聚焦电流对焊缝形状的影响较大,随着聚焦电流的变化,焊缝形状变化各异;焊接速度对焊缝形状的影响较聚焦电流要小,焊接速度不同,焊缝整体形状有所不同,但差异不大;电子束流对焊缝形状的影响作用较小,焊缝形状的变化近似于整体缩放。     

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。     

阶梯钻钻削钛合金实验

采用自主磨制的阶梯钻对钛合金进行钻削实验,并与普通麻花钻进行对比。分析了不同加工参数下的钻削力、切屑形态、孔径、孔壁表面粗糙度以及孔出入口毛刺。实验结果表明:钻削力随着主轴转速的增大而减小,随着进给量的增大而增大。相比普通麻花钻,阶梯钻产生的钻削力更小,切屑尺寸更小,排出顺畅,孔径值接近于钻头直径,孔壁表面粗糙度值更小,孔出入口毛刺少。     

TC1和TC4钛合金腐蚀加工溶解行为研究

测试了TC1和TC4钛合金在氢氟酸-硝酸溶液中腐蚀加工的E-t曲线和极化曲线,分析了腐蚀加工过程的速率变化,观察了腐蚀加工形貌。在氢氟酸-硝酸腐蚀加工液中,极化曲线呈现活化-钝化特征,氢氟酸浓度较高时,硝酸浓度增大到一定值后,极化曲线呈现自钝化倾向。钝化膜的生成速率和厚度由氢氟酸和硝酸体积比决定,氢氟酸和硝酸体积比为1∶2时,腐蚀加工速率最大。腐蚀加工初期钛合金表面氧化膜被破坏,自腐蚀电位迅速变负,加工速率较大,继续加工,硝酸使钛合金表面发生钝化,导致速率降低,钝化膜的生成和破坏同时进行,当钝化膜的生成与基体溶解达到动态平衡时,自腐蚀电位和加工速率趋于稳定。TC1和TC4钛合金中的Ti和Al优先溶解,随着硝酸浓度的增加,钛合金表面微观凹坑变浅。     

TC4钛合金侧铣加工表面形貌分析及工艺参数优化

TC4钛合金是 1种典型的不易加工材料,其切削加工表面质量很难控制。为实现面向侧铣加工表面形貌的切削工艺参数优选,开展了 TC4钛合金侧铣加工实验研究。首先,探究了加工表面微观缺陷特征及其形成机制;然后,采用粗糙度参数 Ra和 Sa对铣削表面形貌进行定量表征,并分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度参数的影响;最后,基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对铣削工艺参数进行了优化。研究发现,加工表面微观缺陷主要有进给刀痕等固有缺陷和黏附颗粒等随机缺陷。铣削表面粗糙度随主轴转速的增大先减小后增大;随径向切深的增大先增大后减小;随进给量先增大后减小。在主轴转速 n = 1 093 r/min、径向切深 ae = 0.2 mm、每转进给量 f = 0.06 mm/r的条件下可以获得较小的表面粗糙度。     

CFRP/TC4叠层结构钻削仿真与实验研究

为探究CFRP/TC4叠层结构不同叠层顺序下的材料去除过程、两相材料及界面损伤形成机理,建立CFRP/TC4叠层结构钻削的有限元模型,并通过实验获得的轴向力、缺陷类型验证了模型的正确性。研究结果表明,当钻削顺序为CFRP→TC4时,CFRP入口处产生以撕裂型为主的入口分层,CFRP出口处未产生明显的推出分层,但在钻头的持续旋转作用下形成界面分层;当钻削顺序为TC4→CFRP时,当钛合金待切削层厚度较低时,轴向推力超过CFRP层间界面结合强度时产生界面相失效,TC4→CFRP的界面损伤比CFRP→TC4更加严重;TC4→CFRP主要形成以张开型、滑开型裂纹扩展为主的推出分层。     

CFRP/TC4叠层板的钻削实验

采用硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料-钛合金叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对刀具磨损的影响和刀具磨损机制。刀具磨损对孔入口处最大撕裂长度的影响。结果表明:磨损的主要区域是横刃和后刀面,前刀面磨损不明显。钛合金层的低转速和低进给量可以降低刀具磨损;此外随着钻孔数的增加,钛合金层转速越低、进给量越大碳纤维复合材料孔入口处孔质量更好。     

基于正交试验的TC4钛合金激光成形连接工艺参数优化

为减少TC4钛合金激光成形连接件连接区缺陷,提高连接件连接质量,采用正交试验法对TC4钛合金激光成形连接工艺参数进行优化,以抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和内部缺陷等为综合评定指标,根据数理统计原理分析各工艺参数对连接质量的影响程度,为后续成形连接试验件力学性能研究提供近优工艺参数。优化结果表明,线能量密度0.5W·min/mm~2、坡口角度70°、扫描路径+60°～–30°为近优工艺参数,且各参数中线能量密度对连接试验件的拉伸性能影响显著。利用优化后的工艺参数进行试验,可获得满足国家标准的连接件,研究表明该方法可为合理选择成形连接工艺参数和保证连接质量提供参考依据。     

工艺参数对TiNi合金/TC4钛合金超声波焊焊接接头形貌和力学性能的影响研究

采用超声波焊对镍和纯铝作为过渡中间层材料的Ti Ni记忆合金和TC4钛合金异种材料进行焊接,研究了不同工艺参数对TiNi/TC4异种金属焊接接头形貌和力学性能的影响规律。结果表明,Al中间层接头界面附近材料的塑性变形程度要远大于Ni中间层接头中的塑性变形,并且有大量的Al被挤出界面。焊接时间和压力对焊接接头的抗拉剪力有明显影响,接头的抗拉剪力随着焊接时间和焊接压力的增加先增大后减小。超声波焊接过程还会改变焊缝区材料的显微硬度,平行于结合面方向,焊核位置相比于未焊接的母材硬度有小幅度的增加,垂直于结合面方向,越接近结合界面,材料的硬度越高,但两者的增幅一般不超过10%。     

振动辅助钻削对CFRP/钛合金叠层结构孔径阶差影响规律实验研究

在飞机部件装配过程中,CFRP/钛合金叠层结构的连接十分常见,而由于两种材料迥然不同的材料性能,导致制孔后存在孔径阶差,严重影响了CFRP/钛合金结构的疲劳强度。本文开展了低频轴向振动辅助钻削的正交实验,分析了低频振动辅助钻削工艺参数与切削力和切屑形态的关系以及工艺参数对CFRP/钛合金孔径阶差的影响。结果表明,由于低频振动辅助钻削刀具的周期性进给,钛合金切屑由连续长切屑变为扇形短屑,减少了对CFRP的扩孔效应,钻削区域切削热降低,平均轴向力降低;另外,振幅和进给量对孔径阶差的影响较为显著,而主轴转速的影响较小,且孔径阶差随着振幅的增大先减小后增大,随着进给量的增大而增大。通过试验验证和分析,确定面向孔径控制的最优工艺参数组合方案：主轴转速为600 r/min、进给量为0.02 mm/r、振幅为150μm。     

钛合金零件钻削过程仿真与试验研究

钛合金被广泛用于航空工业中,譬如民用飞机吊挂滑轨等典型结构的制造。钛合金作为难加工材料,通常使用钻削的方法进行加工,不同的钻削参数对应不同的钻削温度和钻削力,而钻削温度和钻削力对加工精度影响较大。为使加工参数和加工精度得到很好地匹配,借助Deform 3D有限元仿真软件建立了钛合金热应力耦合有限元模型,通过软件仿真研究钛合金滑轨在加工过程中的钻削力以及钻削温度。首先,对钻头和钛合金试件进行网格划分。其次,建立材料本构模型和切屑分离标准,使用仿真软件得到加工过程的钻削力和钻削温度。最后,采用试验方法获取钻削温度和钻削力,与仿真结果进行对比。结果表明:仿真结果与试验较为吻合,仿真能输出有效的钻削力和钻削温度。     

八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成机理

钛合金在传统麻花钻常规钻孔后,会产生较大的孔出口毛刺,这将导致孔出口去毛刺困难且影响紧固件装配质量。本文引入一种八面钻新刃型刀具,并利用超声振动钻削技术,进行了八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成的基础理论和试验研究。理论分析了普通钻削和超声振动钻削的出口毛刺形成过程以及超声振动钻削的出口毛刺降低机理,同时试验验证了超声振动钻削的出口毛刺降低效果。结果表明:相比于钛合金普通钻削,超声振动钻削极大地提高了钻头刀具的切削能力,分别降低了钻削力16%~20%、切削温度18%~21%和出口毛刺高度82%~89%,有效降低了装配过程的去毛刺困难和生产成本。     

TC4钛合金真空钎焊的研究

用钛基钎料钎焊的钛合金焊接接头强度较高,因而具有一定的应用前景。本课题采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料并加入适当的合金元素,成功地应用于TC4合金的钎焊,钎缝成形良好,提高了焊接接头的性能。     

TC4 钛合金框类零件热挤压数值模拟及工艺优化

为了获得TC4某框类零件热挤压成形工艺方案及其合适的工艺参数,利用有限元软件Msc/su-perforge对零件整体热挤压成形和分段热挤压成形两工艺方案进行数值模拟,得出:整体热挤压成形工艺所需挤压力过高,成形困难,不适合该零件;分段热挤压成形工艺所需挤压力低、成形状况良好适合该零件,并以初始挤压温度920℃、挤压速率3 mm/s为成形的合适条件。     

TC4钛合金盘铣开槽加工残余应力

整体叶盘盘铣开槽加工过程中铣削力大,铣削温度高,会在加工表面表成较深的残余应力层,对零件的疲劳寿命造成严重影响。为提高零件的疲劳寿命,本文以钛合金试块为研究对象,利用残余应力测试分析系统测量表面残余应力,利用拨层法测量次表面的残余应力,采用线性回归技术建立残余应力预测模型,并利用极差分析法分析工艺参数对残余应力的影响规律。试验结果表明:盘铣表面均为压应力,且轮毂面上的残余应力大于叶盆叶背面上的残余应力,均由挤光效应引起;回归预测模型的显著性水平为0. 01,其回归效果良好;各因素对σAx、σAy(σAx、σAy分别表示轮毂面x、y方向残余应力)的影响程度依次为主轴转速>进给速度>切削深度;对σBx(σBx表示叶盆叶背面x方向上的残余应力)的影响程度依次为主轴转速>切削深度>进给速度;残余应力纵向均为压应力,轮毂面上的分布深度为230~270μm,叶盆叶背面上的分布深度为170~175μm。     

TC4钛合金激光焊缝超塑性行为研究

研究了TC4钛合金板激光焊缝的超塑性变形行为、组织演变,以及激光焊接板的横向超塑性变形特征.引进等轴化系数表征超塑性变形过程中焊缝组织等轴化进程,并对激光焊接/超塑成型技术基础问题提出了进一步展望.     

钛合金TC4高速铣削表面完整性的研究

研究了钛合金TC4材料在高速铣削与常规铣削参数条件下的加工表面完整性 ,表明高速铣削在提高制造效率和改善表面质量上都是非常有益的 ,值得在飞机薄壁结构件生产中推广应用     

TC4钛合金激光焊中工艺参数对气孔生成量的影响

文摘研究了TC4钛合金激光焊接在平焊、横焊两种位置下工艺参数对气孔生成量的影响。结果表明:平焊时,气孔生成量随激光功率、离焦量的增大先减小后增大,随焊接速度的增大先增大后减小;横焊时,气孔生成量随激光功率的增大而增大,随焊接速度的增大而减小,随离焦量的增大先减小后增大。利用正交试验方法得到的优化工艺参数进行焊接,气孔生成量大幅减少,在两种位置下均可得到内部质量良好的焊缝。     

TC4钛合金汽轮机叶片精锻工艺研究

着重讨论了TC4钛合金 710mm叶片的精锻工艺 ,分析了各种热处理制度及锻造温度、变形程度对叶片组织和性能的影响。