铝基复合材料低频振动攻丝技术试验研究

铝基复合材料内螺纹攻丝属封闭切削，加工难度大，丝锥极易折断。采用低频振动攻丝对该材料进行了内螺纹加工试验，包括振动攻丝效果、不同丝锥及不同参数进行了工艺优化试验，对攻丝质量进行了详细检测和评估。结果证明了振动攻丝工艺显著提高了加工精度、效率，且丝锥未发生折断现象，说明该技术有效可行。     

薄壁零件的超声振动精密切削研究

为了解决薄壁零件的加工变形问题，引入了超声振动切削的新工艺，设计了其中的刀尖微调机构，通过大量的试验，给出了普通切削和超声切削的对比数据，证明了超声振动切削确实能有效提高薄壁零件的加工精度。     

钛合金径向超声振动铣削表面粗糙度研究

为提高钛合金零件加工质量,设计了径向超声振动辅助铣削试验装置,研究了切削速度、切削深度、进给速度和超声振动幅值对钛合金零件表面粗糙度的影响规律.试验结果表明,与普通铣削相比,径向超声振动铣削后工件上的刀痕更加平整、分布更加均匀,材料去除更彻底,有效减少了由于钛合金切屑粘刀造成的表面划痕和积屑瘤等现象.在不同的切削参数下,径向超声振动铣削均可以改善钛合金零件的表面粗糙度,这一点在低速切削时更为明显,而超声振动幅值过大或过小都会影响加工质量.对加工系统的切削力进行了分析,发现超声振动辅助铣削时系统的切削力明显减小,有助于提高加工系统的稳定性,从而能够获得较好的表面质量.     

高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金叠层结构在传统钻削过程中切削温度高、加工质量差等问题,基于低频振动钻削和高频（超声）振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法。采用自主研制的高低频复合振动钻削装置,对CFRP/钛合金叠层结构进行了制孔试验,对比研究了普通钻削、超声钻削、低频振动钻削和高低频复合振动钻削4种方式下的切削力、钛合金切屑形貌、切削温度和CFRP孔加工质量。结果表明：4种加工方式中,高低频复合振动钻削的轴向力波动相对较大,切削温度显著降低,产生的钛合金切屑呈不连续扇形且整体尺寸最小,CFRP孔出入口及孔壁的损伤程度最低,显著提高了加工质量,为复合材料叠层结构一体化制孔加工提供了指导意义。     

航空航天难加工材料高速超声波动式切削方法

传统超声振动切削一直没有突破极低分离切削速度限问题,即只有在很低切削速度下才有明显的分离切削降力、降热工艺效果。以解决难加工材料加工效率低、加工质量差为出发点,提出高速超声波动式切削方法,阐明了高速分离、相位控制、切挤一体3方面的基本机理,通过对改善切削加工性、提升刀具寿命、改善表面完整性3个方面的讨论,充分体现高速超声波动式切削技术的优势,丰富难加工材料高表面完整性的加工工艺,为航空航天领域难加工材料高质量加工提供理论和技术基础。     

旋转超声振动端面磨削CFRP表面质量研究

以多向层铺树脂基碳纤维增强复合材料为研究对象,采用超声振动磨削和普通磨削对其表面加工质量进行了端面磨削试验研究.通过正交试验和单因素试验分析了各工艺参数对工件表面质量的影响规律,并由表面粗糙度及微观形貌进一步分析了磨削机理.试验结果表明:在超声磨削过程中提高主轴转速、减小进给速度,同时采用合适的切削深度和工具粒度,有助于获得高质量的加工表面;超声振动磨削和普通磨削后,工件表面均存在纤维丝断裂、剥离和凹坑等缺陷,超声振动磨削后的加工缺陷出现的程度和概率均较低,表面加工质量较好.     

采用半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯的新方法

Nomex蜂窝芯材料具有各向异性、弱刚度的特点,是一种典型的难加工材料。为解决传统插切刀具加工Nomex蜂窝芯时存在的排屑困难、切屑侧的压溃面积大等问题,提出一种采用半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯的加工方法。设计了一种新型半圆弧形插切刀具,分析了超声作用下半圆弧形插切刀具的运动规律,揭示了超声振动的引入使切削过程由连续切削变为断续切削的机理。开展了半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯的试验,分析了振幅与进给速度对切削力与切削质量的影响规律。试验结果表明,半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯可获得良好的加工效果,超声振动的引入可有效降低插切切削力,提高切削表面质量。研究的半圆弧刀具超声插切技术为蜂窝芯零件轮廓边界的高质量加工提供了新的方法。     

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。     

振动切削——薄壁零件加工的新技术

采用三维振动试验台,对不锈钢制做的薄壁测试模型进行了加工试验,实验结果表明,振动切削方法能够加工达到薄壁测试模型各项技术要求的零件,是薄壁零件加工的新技术。     

基于水射流支撑的细长轴加工振动控制研究

振动严重影响细长轴的加工质量,由于细长轴类长径比大、刚性差,故很难控制其切削过程产生的振动.本文从振动的角度对细长轴切削时变形情况进行了分析,建立其振动的数学模型,并提出运用水射流辅助支撑来控制细长轴在切削过程中的振动.最后,对细长轴在有无水射流辅助支撑作用下进行了试验对比分析.结果表明,水射流辅助支撑可很好地控制细长轴加工振动,为提高细长轴的精度提供理论指导.     

机床切削稳定性研究

自激振动,或称颤振是机床切削加工时,在没有周期性外力作用下,刀具和工件之间产生的振动.它不仅降低了机床的加工质量和切削效率,而且对机床和刀具的使用寿命产生不利的影响.从理论上推导产生自激振动的条件,并且通过实验进行验证,从而找出避免产生自激振动的措施.通过改变主振系统的刚度方向以及改变k1与k2的差值,就可以提高机床抵抗颤振能力.     

约束阻尼型镗杆的优化及减振性能

孔加工过程中镗杆的切削颤振影响着表面加工质量和加工精度,约束阻尼型镗杆可有效抑制这种切削振动,但其作用机理未被完全研究清楚,导致其抑制振动的效果一般。对约束阻尼型镗杆的结构优化、材料优选及减振性能进行了理论和实验研究。首先,根据Kelvin-Voigt粘弹性力学模型理论建立了镗杆的动力学模型,研究证实增大镗杆的静刚度和结构损耗因子能提高其减振性能从而提高孔加工质量;其次,基于建立的约束阻尼型镗杆静刚度和结构损耗因子理论公式,对其进行结构优化、材料优选。结果显示:存在一个最佳尺寸范围可减小镗杆在主要工作频域段上的振动,同时所选用的阻尼层应具有较小的弹性模量和较大的材料损耗因子,约束层材料应具有较大的弹性模量;最后,设计制造4种不同材料的约束阻尼型镗杆,通过模态实验获得静刚度、结构损耗因子,并与理论计算结果进行对比分析,同时研究切削过程中约束阻尼型镗杆的材料及切削参数对减振性能的影响。结果显示:约束阻尼型镗杆能有效减小径向振动以提高加工质量,不同材料的约束阻尼型镗杆在切削过程中径向振动差别较大,优化后的钢-PMMA-硬质合金镗杆在不同切深及转速下的径向振动加速度较小且更加稳定。     

被动阻尼减振技术及数控加工应用

切削颤振导致工件加工表面质量恶化、切削效率降低以及刀具磨损加剧等系列危害.抑制颤振对航空制造业实现高质、高效加工有重要意义,尤其是在薄壁件加工时.作为工程领域振动抑制的一种重要方法,被动阻尼减振技术实施简单、效果明显、可靠性较高,在切削领域的应用正逐渐得到重视.     

钛合金螺旋铣孔的切削力和切削温度试验研究

螺旋铣孔技术是航空装备制造领域新出现的制孔技术,因具有加工质量好、效率高等优点被用于加工钛合金、复合材料等难加工材料.采用包括切削速度、切向每齿进给量、轴向每齿进给量和螺旋导程4个基本加工参数描述螺旋铣孔过程,分析了基本参数和螺旋铣孔输入加工参数(自转、公转、进给)之间的关系.在自行研制的螺旋铣孔试验平台上开展了钛合金材料的加工试验,研究了钛合金螺旋铣孔加工中切削温度及切削力的特征,以及基本加工参数对切削温度和切削力的影响规律.试验结果表明,在螺旋导程一定时,切削温度主要由切削速度决定,而与轴向每齿进给量及切向每齿进给量无明显关系;而切削力的影响规律与切削温度相反.切削温度是影响螺旋铣孔过程中刀具磨损及加工孔质量的主要因素.在需同时保证加工效率及加工质量的前提下,应尽量选择大的切向每齿进给量、大的轴向每齿进给量和较低的切削速度.     

超声振动方向对TC4钛合金铣削特性的影响

为充分发挥超声铣削钛合金的优势，改善钛合金的加工效果，增强表面服役性能，分别对刀具和工件施加超声振动，以寻求合适的振动方向和加工参数。理论推导了侧刃断续切削时的临界速度，试验研究了不同振幅和切削速度对表面形貌、切屑形态、切削力和刀具磨损的影响，同时探究了表面微织构对摩擦特性的影响。试验表明在两种振动方向下，增大振幅均使切屑的锯齿化程度降低，并且增加轴向振幅可使锯齿形切屑转变为带状切屑。轴向振动更有利于表面形成微织构、减小切削力、减缓刀具磨损、减小工件摩擦时的磨合时间，但需合理控制切削速度和超声振幅。同时，对切削力进行频谱分析，为工作状态下超声振动频率的测量提供了一种参考方法。     

高速铣削TC21 钛合金的表面粗糙度

通过对TC21钛合金进行高速铣削加工试验,测量不同切削参数下的表面粗糙度.采用正交方法来安排试验和极差分析法对实验数据处理,分析了不同切削参数对粗糙度的影响.其中对TC21钛合金表面粗糙度影响最为显著的因素是每齿进给量,其次为切削深度和切削速率,最后为切削宽度.通过对粗糙度影响机理分析在加工中宜采用较小的进给量和切削深度、较大的切削速率和切削宽度.     

基于粘弹性材料的五轴铣削加工被动抑振技术

针对薄壁件在铣削过程中极易出现颤振,且动力学特性快速变化导致切削稳定性多变的特点,研究基于粘弹性材料的被动阻尼技术,以增加薄壁零件阻尼、提升切削稳定性。提出阻尼层、约束层以及质量层的设计方案,模态试验表明该技术能大幅提升薄壁件阻尼,且对多阶振动模态有抑制作用。最后,将其应用于薄壁S样件的五轴铣削加工试验,多组切削参数下的试验结果表明,工件切削振动幅值最大可下降约97%。     

TiAl合金精密振动电解加工表面质量的研究

电解加工技术是解决Ti Al合金难切削的有效工艺方法,而精密振动电解加工技术可实现高精度及良好的表面质量。开展了精密振动电解加工Ti Al合金试验,研究了不同工艺参数下Ti Al合金的精密振动电解加工表面质量。结果表明:随着电流密度的增加,工件表面粗糙度减小;随着脉冲频率的提高,工件表面粗糙度先减小后基本保持不变。优化参数后采用精密振动电解加工的试件表面在光学显微镜下均未见到晶间腐蚀。     

陶瓷材料的超声辅助铣磨削加工技术

陶瓷材料由于具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化、良好的绝缘性等优点，使得其在航天领域得到广泛的应用。针对陶瓷材料在常规机械加工过程中易引入微裂纹等非本征缺陷和残余应力等加工缺陷，通过对陶瓷材料特性的理论分析，引入超声振动加工方法。同时，对陶瓷材料超声振动加工的机理进行了分析，对比验证了普通磨削加工和超声辅助铣磨削加工的效果。采用仿真分析了超声加工过程中工件所受的切削压力和内应力云图，并从理论的角度进行了验证，实现了陶瓷材料产品表观质量的大幅提升，其表面粗糙度达到Ra0.56μm。     

航空薄壁件铣削加工中保持工艺系统高刚性方法

针对航空铝合金薄壁工件铣削加工时易出现的颤振以及切削效率低的问题,从动力学角度出发进行了深入的分析研究,提出了通过采用保持工艺系统高刚性的加工过程工艺优化与铣削加工动力学仿真结合的方法进行铣削加工.试验结果证明本法可以收到很好的效果,较好地解决了航空铝合金薄壁结构工件加工的颤振问题,提高了工件的加工表面质量和切削效率.