航空发动机钛合金导管内表面精密研磨试验研究

航空发动机外部导管大都是钛合金弯管,弯管在冷弯过程中产生的内表面缺陷用传统的研磨方法难以去除,是一个技术瓶颈问题。利用磁力研磨加工方法可以实现钛合金弯管内表面的研磨抛光。从航空发动机内部钛合金导管的应用案例出发,解析了磁力研磨钛合金弯管内表面的基本原理,同时分析在设计研磨装置过程中的关键技术问题,在磁场发生源和磁极运动轨迹构成以及磁极形状设计等方面,加以理论解剖和有限元模拟分析,得到了一套较完善的工艺方案,试验结果表明磁力研磨加工方法对弯管内表面缺陷去除起到良好的作用。     

磁力研磨法对整体叶盘的抛光工艺研究

针对航空发动机所用整体叶盘经五轴数控铣削后所产生的加工纹理难以去除的问题,提出利用磁力研磨柔性加工的特性——磁性磨料在磁力的作用下形成磁粒刷仿形压附在工件表面,从而实现研磨抛光整体叶盘的目的。通过对磁力研磨加工整体叶盘的研磨原理及磁性研磨粒子的受力情况进行详细分析,得出整体叶盘经磁力研磨加工后原有的铣削加工纹理被有效去除,表面粗糙度由研磨前的0.82μm降低至0.25μm,验证了磁力研磨工艺对整体叶盘具有良好的研磨抛光效果。     

微晶玻璃亚表面损伤深度测量技术及控制试验研究

针对微晶玻璃材料研磨加工引入的亚表面损伤层,综合使用磁流变抛光斑点技术和HF酸差动化学蚀刻速率法测量亚表面裂纹层深度和亚表面残余应力层厚度,针对微晶玻璃材料抛光加工引入的亚表面损伤,采用蚀刻台阶高度变化率法对其进行了准确测量。基于研磨、抛光产生的亚表面损伤深度准确检测的基础上,提出一种超低亚表面损伤复合加工工艺。将复合工艺与传统工艺加工试件的亚表面损伤深度进行了对比,试验结果表明,复合工艺对亚表面损伤抑制效果非常明显,试验证实了提出的复合工艺可以实现微晶玻璃超低亚表面损伤加工。     

TB6钛合金抛光表面完整性试验

针对目前TB6钛合金类零件主要依靠手工抛光的技术问题,提出了羊毛毡轮数控抛光工艺,研究了抛光参数对表面粗糙度、表面硬度、表面残余应力的影响,进行了羊毛毡轮抛光参数优化,优选出了一组抛光参数:线速度v_s=19.63m/s,进给速度v_f=300mm/min,预压量a_p=0.5mm,加工行宽w=0.5mm。在此抛光参数下,羊毛毡轮抛光能够有效去除铣削刀纹,抛光后表面粗糙度R_a=0.15μm,并且抛光后表面残余应力为压应力。试验结果表明,该抛光方法能够有效地改善零件的表面完整性。     

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。     

高温合金和钛合金材料的橡胶轮数控抛光试验

提出一种针对高温合金和钛合金的橡胶轮抛光工艺,采用数控机床控制含有磨料的橡胶轮对工件进行抛光。通过具体数控抛光试验,测量采用不同加工参数条件下工件表面粗糙度和去除深度,得到适合于高温合金和钛合金抛光加工的参数及条件,使表面粗糙度小于0.2μm,可满足航空航天领域高温合金和钛合金工件表面要求。     

航空发动机整体叶盘磁力研磨光整实验

磁力研磨工艺抛光整体叶盘时,工件与磁极干涉严重,用径向磁极代替轴向磁极加工可有效避免干涉,但研磨压力小、研磨效率低.通过对磁力研磨径向磁极加工机理和单个研磨粒子的微观受力情况详细分析得到:提高磁场强度变化率可有效增大磁力研磨效率.经有限元模拟分析发现磁极表面沿轴线方向开矩形槽可使磁场强度变化率提高.对镍基高温合金材质整体叶盘进行磁力研磨实验,并对实验数据分析研究得出:以径向磁极为工具的磁力研磨法可实现对整体叶盘的无干涉加工,磁极开矩形槽后磁力研磨效率可提高31%,叶盘表面粗糙度值由研磨前的1.2μm降至0.18μm,验证了磁力研磨工艺对高效、高质量实现整体叶盘表面光整加工的可行性.      

超声振动辅助磁力研磨协同增效机制与试验研究

磁力研磨加工技术因其加工工具为柔性的磁粒刷,可以自适应对复杂自由曲面仿形研磨加工。为了提高磁力研磨的加工效率,引入超声波振动和改变磁极形状等措施,建立超声振动辅助磁力研磨系统;论述了磁场发生源的选择和磁极形状优化设计的基本思想;通过理论分析和具体的试验结果验证了加入超声振动增加磁性研磨粒子对工件表面的瞬时研磨压力,提高材料去除率达到协同增效的目的;改变磁极形状可以引入磁场强度变化率,促进磨料切削刃的自我更新,改善表面质量。以上综合作用可以提高磁力研磨加工效率和加工件表面的研磨质量。     

钛合金风扇叶片磨抛加工性能试验研究

针对钛合金风扇叶片磨抛加工中砂轮易磨损、工件表面易烧伤的问题,开展了钛合金材料磨抛加工性试验研究,主要考察砂轮选型、磨抛工艺参数等关键因素对钛合金材料磨抛加工性的影响,并对试验结果进行了分析研究。试验结果表明,在保证工件表面加工质量(R_a0.8μm,表面无烧伤)的前提下,普通磨料砂轮GC46L10V磨抛加工钛合金的材料去除率和磨抛比分别可达5000mm~3/min和2.5,超硬磨料陶瓷结合剂CBN砂轮磨抛加工钛合金的材料去除率和磨抛比分别可达2000mm~3/min和4。基于研究结果,针对钛合金风扇叶片开展了砂带磨抛加工验证试验,工件加工质量良好。     

TB2钛合金电化学机械抛光试验研究

航天器用星箭连接带的材料为TB2钛合金,对表面质量要求严格。提出电化学–电化学机械组合抛光TB2钛合金的方法,通过机械作用控制表面TiCl4黏性层厚度,设计了固结磨料工具阴极,搭建了电化学机械抛光试验系统。开展了不同组合形式的电化学–电化学机械组合抛光优选试验,研究了电压、工具转速、进给速度等工艺参数对组合抛光后表面质量的影响,最后,在电压25 V、工具阴极转速100 r/min、工具阴极进给速度30 mm/min,电化学抛光1次+电化学机械抛光1次组合形式交替加工15次的条件下,获得了表面粗糙度Ra0.031μm、Sa0.082μm的表面。实现了TB2钛合金薄板零件的连续抛光。     

人工槽模拟GH4169涡轮盘表面裂纹缺陷的微磁检测

针对航空发动机涡轮盘表面裂纹缺陷,提出一种地磁场环境下的微磁无损检测(NDT)方法。磁化试验测得了广泛使用的镍基高温合金GH4169材料的磁化特性曲线,通过磁性分析,证明该材料的相对磁导率略大于空气的相对磁导率,为弱顺磁性物质。理论分析了微磁检测适用于涡轮盘试件的检测原理和缺陷处的磁异常特征,通过对预置人工槽缺陷的涡轮盘试块进行检测,验证了理论分析的正确性。检测结果表明,随着涡轮盘表面裂纹宽度和深度的增加,磁异常的宽度和峰值也相应增加,裂纹宽度相同时,深度越深,或者说深宽比越大,磁异常越明显,且裂纹产生的位置对定位精度存在一定的影响。该微磁检测方法为涡轮盘表面裂纹缺陷的有效检测提供了新的思路,能进一步推广应用于飞机发动机的其他部件,如转子叶片、涡轮轴等,以及飞机机身上具有相似磁学特性的材料的无损检测。     

不锈钢镜面的游离磨粒精密加工

利用游离磨粒加工方法对马氏体平面不锈钢SUS440C试件进行精密加工.通过田口实验方法对研磨阶段的工艺参数进行了优化,涉及的工艺参数包括研磨盘转速、加工载荷和加工时间.利用优化的研磨工艺加工后试件表面粗糙度达Ra72nm.抛光过程中使用聚氨酯抛光垫和二氧化硅磨粒,经抛光后试件表面粗糙度达Ra8nm、表面呈镜面.     

超声振动研磨、抛光法去除激光陀螺腔体深小孔孔壁缺陷技术研究

通过对激光陀螺腔体深小孔钻削过程的材料去除机理分析和试验验证,给出了孔壁缺陷的评价方法。研究了某型激光陀螺腔体深小孔钻削过程所产生的孔壁缺陷层深度,并进一步研究了深小孔去除缺陷的工艺,通过超声振动研磨和复合抛光技术,实现了腔体内表面的精密加工。     

振动抛光钛合金叶片的试验研究

介绍了振动抛光装置的结构及工作机理,阐述了抛光钛合金叶片的工艺方法及试验结果,表明该法对加工具有复杂异型曲表面的零件效果较好。     

考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法

为了将表面加工状态引入零构件概率寿命分析中,提出并建立了考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法。将孔的表面加工缺陷简化为表面裂纹和/或角裂纹,导出裂纹深度密度函数;借助裂纹应力强度因子经验公式及有限元分析,提出轮盘孔边裂纹应力强度因子计算的推广经验公式方法。建立了3种考虑表面缺陷尺度分布时轮盘概率寿命计算方法。以钛合金盘为例,在获得的表面缺陷分布条件下,计算了给定寿命的轮盘疲劳寿命失效概率及故障率。仿真结果表明:采用该方法可以将表面加工缺陷对疲劳寿命的影响引入构件寿命评估体系。     

激光精细表面制造工艺研究及应用:清洗与抛光

介绍了激光精细表面制造中的两类关键技术——激光清洗和激光抛光,以及其在提高结构材料表面质量和性能表现中的研究和应用。采用激光清洗技术去除铝合金表面氧化层,清洗表面氧含量显著降低,从而明显提高铝合金焊缝质量,避免熔合区气孔形成;通过激光抛光技术对增材成形钛合金构件进行抛光,可将表面粗糙度由5μm以上降低到1μm以下,同时激光抛光钛合金表面发生相变,使表面硬度和耐磨性得到显著提高。最后,进一步讨论激光清洗和抛光复合技术处理Ni-Ti形状记忆合金(SMA)表面的可行性。     

利用交变旋转磁场去除叶片气膜孔毛刺的试验研究

对航空发动机叶片采用电火花打出气膜冷却孔后产生的毛刺,用传统的加工方法难以去除,利用交变旋转电磁场带动微细磁针旋转与气膜冷却孔发生碰撞可有效去除叶片气膜冷却孔的毛刺。从理论上分析了磁力研磨法的工作原理、磁力研磨过程中磁针的运动方式以及影响磁力研磨加工效率的因素,并对气膜冷却孔进行磁力研磨抛光试验;采用3D超景深显微镜观察叶片气膜冷却孔研磨前后表面微观形貌的变化。试验结果表明:利用磁力研磨法可以有效去除叶片气膜冷却孔的毛刺,使表面形貌得到改善,满足工件的使用要求。     

自由曲面结构磁性抛光去除试验研究

磁性抛光因柔性工具的工件表面适应性高而具有较好的应用潜力。自行设计抛光工具头,制备磁性抛光体,搭建试验平台,并对不锈钢平面工件进行定点抛光试验,平均去除效率为0.231μm/10min,且工件表面质量得到了很大的改善,验证了该磁性抛光方法的可行性。继而对两种自由曲面结构工件进行抛光:一是采用工具头水平移动式、工具头等高线移动式两种不同的抛光进给运动方式对不同曲率的不锈钢工件进行抛光去除试验,试验证明:两种抛光方式对每个曲率的轮廓均有去除能力,去除量在0.14~1.33μm之间;二是对3D打印的光敏树脂微结构自由曲面定点抛光,单位时间去除效率在8.957~12.587μm/10min之间,且改善了轮廓的光滑度。初步试验表明,磁性抛光方法对两种自由曲面结构均有一定的去除能力,可进一步探索磁性抛光技术应用于自由曲面结构确定性抛光。     

钛合金超声辅助磁性磨料光整加工工艺优化

为了研究加工参数对钛合金超声辅助磁性磨料光整加工(UAMAF)的影响,以表面粗糙度和材料去除率(MRR)为指标开展正交试验研究,运用信噪比与灰色关联度分析方法分别对加工参数进行单目标和多目标优化.结果表明,以表面粗糙度和MRR为目标的最佳工艺为磨粒粒度均为50/60#,振幅均为14μm,工具转速分别为1000r/min...     

浮法抛光在金属纳米级超光滑表面加工中的应用

介绍了浮法抛光的机械结构与抛光原理,并采用这种技术在CJY500超精密研磨机上进行长方形GCr15轴承钢工件超光滑表面的工艺试验,成功获得了无加工变质层的金属纳米级超光滑表面,拓展了浮法抛光技术的应用范围,对于金属工件纳米级超光滑表面的加工具有参考价值.