Tool wear during high speed turning in situ TiCp/TiBw hybrid reinforced Ti-6Al-4V matrix composite

Chipping, adhesive wear, abrasive wear and crater wear are prevalent for both the polycrystalline diamond(PCD) and the carbide tools during high speed turning of TiC_p/TiB_w hybrid reinforced Ti-6Al-4V(TC4) matrix composite(TMCs). The combined effects of abrasive wear and diffusion wear caused the big crater on PCD and carbide tool rake face. Compared to the PCD, bigger size of crater was found on the carbide tool due to much higher cutting temperature and the violent chemical reaction between the Ti element in the workpiece and the WC in the tool.However, the marks of the abrasive wear looked much slighter or even could not be observed on the carbide tool especially when low levels of cutting parameters were used, which attributes to much lower hardness and smaller size of WC combined with more significant chemical degradation of carbide. When cutting TC4 using PCD tool, notch wear was the most significant wear pattern which was not found when cutting the TMCs. However, chipping, adhesive wear and crater wear were much milder when compared to the cutting of titanium matrix composite. Due to the absence of abrasive wear when cutting TC4, the generated titanium carbide on the PCD protected the tool from fast wear, which caused that the tool life for TC4 was 6–10 times longer than that for TMCs.     

偏置正交弧线齿面齿轮齿面设计及根切研究

为拓宽面齿轮的应用空间,结合面齿轮与弧线齿的特点,提出了偏置正交弧线齿面齿轮。根据坐标变换规律及啮合原理推导了全齿面的方程,并在Matlab软件中建立了全齿面模型。结合齿面模型及根切原理,利用Matlab软件编程计算了齿面根切的位置。借助CATIA软件二次开发进行仿真切齿试验,验证了计算的正确性。探究了各参数对最小内半径的影响,结果表明:坐标系距离与最小内半径呈负相关,刀具圆弧半径、偏置距离及模数都与最小内半径呈正相关,其中模数对根切位置影响最大。最后计算了顶尖位置,通过最大外半径与最小内半径之差确定了面齿轮的最大齿宽。      

单点金刚石铣削KDP晶体实验研究

通过实验研究了KDP晶体铣削加工的切削力特性,分析了切削深度、进给量对切削力的影响,并对KDP晶体和铝合金的切削力进行了比较。结果表明,在不影响加工表面质量的前提下,可以适当加大切削深度和进给量从而提高切削效率。     

单晶硅超精密车削加工脆塑转变机理及临界切削厚度的研究

通过分析单晶硅的纳米印压试验结果以及显微压痕透射电镜观察结果,并结合尺度效应理论,提出了一种新的单晶硅超精密切削脆塑转变机理,建立了宏微结合的单晶硅超精密切削模型。首次基于理论分析的方法给出了较为精确的单晶硅脆塑转变的临界切削厚度,并通过试验对研究结果给予验证。     

高速切削有限元模拟技术研究

有限元模拟是研究高速切削机理的有效方法,本文致力于有限元模拟所必需的关键技术研究。依据大变形理论和虚功原理对高速切削过程进行分析,建立了基于拉格朗日描述的有限元控制方程。通过研究材料动态本构关系、刀屑接触、切屑分离、切屑断裂和切削热动态耗散与传导关键技术建立了正交切削有限元模型,提出材料本构关系建立方法和切屑断裂能量解释观点,最后结合实例进行高速切削模拟,并对模拟结果进行分析和验证,指出所建立的有限元模型是合理的。     

摩擦阻尼减振设计中的局部滑动问题

采用干摩擦阻尼器可以有效抑制系统的振动。在摩擦阻尼减振分析中引入局部滑动模型可以更好地描述摩擦阻尼抑制振动的机理。采用局部滑动模型,建立了阻尼器在局部滑动阶段阻尼力与振动位移之间的关系,按照能量等效原则,将阻尼器的刚度、阻尼进行等效并引入振动系统中,发展了带摩擦阻尼系统的振动响应分析方法。通过对带摩擦阻尼器平板叶片的振动响应分析,结果表明:阻尼器在局部滑动阶段,对系统振动的抑制有明显的效果,并且适当施加正压力能使系统在共振状态下的响应达到最小。     

二维网格局部动态细化的关键技术及其在切削仿真中的应用

为了解决仿真过程中网格畸变导致的计算终止以及计算精度与效率低等问题,本文利用Python对ABAQUS有限元仿真软件进行了二次开发,提出一种二维局部网格动态细化算法。该算法通过研究网格细化准则和细化方法以及物理场的传递过程,完成了整个算法程序的开发,并应用该算法实现了在二维切削仿真中局部网格动态细化。与全局加密网格的模型相比,在保证仿真精度误差为5%以内的情况下,采用局部网格动态细化时计算效率提高了210%。最后,通过试验验证了采用该算法所建立的二维切削仿真模型的准确性,仿真结果与试验结果基本吻合。     

CBN滚切车刀研制及其加工质量研究

研制了安装９．５～２３ Ｃ Ｂ Ｎ 刀片的滚切车刀。刀片用弹性卡头装卡,刀杆具有可调前角和刃倾角,并具有滑动轴承和滚动轴承 ２ 种刀轴。切削实验表明,加工质量主要受表面波纹度影响,采用适当的切削速度、进给量、刀具几何参数,减小刀片直径和刀轴轴承间隙均可降低波纹度。     

含接触界面的叶盘结构强迫振动响应快速预测方法

建立了含接触界面的叶盘有限元结构强迫振动响应的快速预测方法。以含燕尾型榫连接的叶盘结构有限元(FE)模型为例,通过模态综合法对线性结构模型进行减缩,将模型计算规模降低至原模型的1/25以下,采用谐波平衡法对进行稳态响应预测。在此过程中,将作者前期研究工作中提出的雅可比矩阵加速技术进行拓展改进,形成了适用于含接触界面的大规模有限元模型的快速雅可比矩阵快速计算方法,将基于谐波平衡法的响应预测速率提高400倍以上。结果表明:所建立的含接触界面的叶盘结构强迫振动响应快速预测方法准确性良好,在计算效率方面拥有巨大的优势,可为后续开展各种类型干摩擦阻尼器的设计和优化工作提供强有力的工具。      

航空发动机承力结构系统阻尼减振设计方法

针对典型高推质比涡扇发动机承力结构系统,提出了干摩擦阻尼减振的结构振动控制方法:在不损失支承刚度的前提下,于承力结构上设计具有动力吸振作用的干摩擦阻尼器,增强转子支承结构系统在宽频域内的阻尼特性,实现在工作转速频率内对承力结构振动响应的有效控制。通过理论分析和仿真计算,确定了干摩擦阻尼器结构特征及摩擦接触条件对减振效果的影响规律,并提出了承力结构阻尼减振的设计思路与流程。结果表明:干摩擦阻尼器可通过接触摩擦消耗承力框架的振动能量,合理设计阻尼器的摩擦因数和爪宽将进一步优化减振效果,算例中轴承座局部共振幅值衰减超过1个量级。