电塑性及电流辅助成形研究动态及展望

航空航天等领域对高性能、轻量化和高功效构件精确成形成性的要求,迫切需要发掘和提高难变形材料的成形潜力。金属等材料在电流辅助加载时塑性提高和变形抗力降低的电塑性效应（EPE）,与传统塑性加工技术相结合发展出的电流辅助成形（EAF）工艺,可望大幅提高材料成形极限和成形质量,是实现难变形材料难成形结构精确成形制造的极具前景的技术。基于EPE测试表征方法的研究进展分析,综述了焦耳热效应、电子风效应及磁效应等EPE作用机理的研究动态,从回复、再结晶、相变及缺陷修复等方面,分析总结了电流处理对材料微观组织和性能的影响规律和作用机制,进而讨论了电塑性拔丝、轧制及微成形等EPE用于成形过程的EAF研究进展。基于上述研究动态分析,总结提出了电塑性机理方面尚待解决的科学难题、EPE驱动EAF工艺创新及工业化应用所面临的技术挑战。     

微细旋转超声加工材料去除机理及试验

文摘分析旋转超声加工材料去除机理,建立材料去除效率模型,探讨工艺参数对加工效率的影响规律;对压电陶瓷、有机玻璃、玻璃钢、紫铜等多种材料,进行单一超声和旋转超声加工材料去除效率对比试验,研究旋转超声加工方式对加工过程稳定性及加工效率的影响。结果表明:旋转超声加工可在保持原超声加工精度基础上,显著提高材料加工效率,且对较难超声加工材料(如有机玻璃),旋转超声提高其加工效率的效果更为显著。     

微结构的拓扑表达模型及自由排布阵列加工方法

制造过程中需要微结构阵列的数学模型从而进行图纸设计、刀具补偿计算、切深数据生成等.本文从拓扑原理出发,结合方向关系与距离关系,得到微结构阵列空间关系的统一表达模型.搭建快刀伺服加工实验平台,利用统一表达模型,并以具体样例加工了微透镜阵列,实现了自由排布的微结构加工.     

筒体结构内壁环形下陷加工工艺研究

为了提高筒体结构内壁环形下陷加工效率,保证下陷深度和宽度尺寸,本文提出采用角度头五轴加工工艺进行内壁环形下陷加工的方法。针对筒体结构变形引起环形下陷深度尺寸难保证的问题,设计了变形校准工装。针对机床构型和角度头运动原理,建立了五轴加工的角度头后置处理模型。针对环形下陷铣削过程中C摆超程问题,提出了C摆超程插补和角度优化方法。所提出的方法在筒体结构精密下陷结构中进行了应用,应用表明:本文形成的筒体结构内壁环形下陷加工工艺能完成精密下陷的加工。     

三元流叶轮的电弧铣削与机械铣削组合加工

首先介绍了一种实现电弧与铣削组合的加工方法及装备。其次,为验证电弧加工在航空部件生产方面的能力及其对后续精加工工艺的友好性,利用自研的高速电弧放电与机械铣削组合加工专用机床,以具有复杂曲面特征的三元流叶轮样件为例进行五轴电弧铣削与机械铣削组合加工试验研究。结果表明,合理安排电弧加工工序,可以在实现材料高效去除的同时,取得较优的表面质量,电弧铣削中最大材料去除率达14500mm^3/min,小能量电弧加工完成后的样件表面粗糙度R_a为12.5μm,硬度为69.4HRB,较基体硬度未有明显变化,可以很好地适应切削加工要求。后续机械铣削加工过程中,刀具磨损小、加工状态稳定,最终获得粗糙度R_a1.2μm的加工表面,且由于切削余量小,有效抑制了加工变形,样件加工结果达到设计要求,充分展现了该组合加工工艺应用于具有复杂形貌特征的航空发动机零部件制造方面的可行性。     

旋转超声钻削碳纤维复合材料钻削力和扭矩的研究

针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加工过程中的问题,对金刚石套料钻旋转超声钻削CFRP-T700型复合材料展开了研究。研究发现,钻削力随主轴转速的增加具有减小的趋势,而扭矩则随着主轴转速的增加,呈现增大的趋势;与传统加工相比,旋转超声振动钻削可降低切削力及扭矩达56.6%和39.1%,有效抑制加工缺陷的产生。初步建立了切削力和扭矩之间的数学模型,并通过试验对切削力和扭矩之间的比例常数k加以验证。研究结果表明,旋转超声钻削CFRP在降低切削力和扭矩方面有较大优势。     

薄型中空电极振动电解切割TB6钛合金

TB6钛合金由于具有优越的性能,广泛地用于航空航天领域。然而从大余量的TB6钛合金锻铸件毛坯加工成复杂结构的零件,其加工效率低,刀具和机床成本高,造成了极大的浪费。为解决这一问题,提出了一种利用薄型中空电极进行快速大余量去除的电解加工(ECM)方法,即将零件与多余材料切割分离,有望较大程度提高加工效率,降低加工成本。为改善电解加工流场特性,提高加工精度,对电极施加振动,并对薄型中空电极的振动切割进行了建模分析和试验研究。试验结果表明,合适的振动幅值和频率(A=0.05mm,f=50Hz)可以使得各处电解液电导率趋于一致,从而提高加工的精度、稳定性和效率。复杂结构件的成功切割证明了薄型中空电极振动电解切割加工技术具有一定的适用性。     

SiCp/Al基复合材料的切削加工研究现状

综述了SiC颗粒增强铝基复合材料的切削加工研究进展情况,重点阐述了刀具材料的主要失效形式及影响刀具磨损的因素,并展望了该领域的发展前景。     

微结构表面金刚石车削加工过程中快速伺服刀架的控制

 微结构表面金刚石车削加工过程中由于切削深度突变而易于引起切削力干扰,采用滑模变结构控制算法来解决这一问题。研制了用于微结构表面加工的快速伺服刀架,建立了快速伺服刀架动力学模型,并设计了基于连续时域模型的滑模变结构控制器,它与系统的参数变化及扰动无关,因此在切削过程中具有很好的鲁棒性。另外,滑模变结构控制系统快速性好,无超调,计算量小,实时性强,很适合于加工控制。针对滑模变结构控制算法与常规PID控制算法进行了阶跃响应对比实验,结果表明滑模变结构控制算法比常规PID控制算法的超调小,稳态误差小于20 nm。最后以微菲涅耳透镜作为微结构表面的实例进行加工实验,实验结果进一步验证了滑模变结构控制算法的有效性。