空化水喷丸表面改性技术研究进展综述

空化水喷丸是一种利用空化现象产生的巨大能量冲击材料表面,对零件进行强化的表面改性技术。因其对诸多金属材料都具有强化作用,而被广泛应用于改善零件的表面状态,形成残余压应力层,延长零件的疲劳寿命。主要从基本原理、试验设备和研究现状3个方面对水射流空化喷丸(WJCP)、超声空化喷丸(UCP)和激光空化喷丸(LCP)进行了介绍,并从理论和试验等方面总结了不同类型金属材料进行空化水喷丸后其残余压应力、粗糙度和疲劳寿命等方面的变化情况。在上述研究内容的基础上,结合空化水喷丸技术的优势,对空化水喷丸今后的发展方向和应用前景进行了展望。研究表明,空化水喷丸技术作为一种新型的表面强化技术,具有独特的优势和广阔的发展前景。

异地协同制造资源优化配置过程模型及实现

针对复杂零件异地协同制造的资源优化配置问题,提出敏捷加工路线的概念,建立以工艺流程为核心的制造资源优化配置概念模型和过程模型。将制造资源优化配置问题归结为逻辑制造单元—物理制造单元映射、物理制造单元排序筛选和敏捷加工路线的优化生成三过程,并分别给出了其实现方法。最后,论述了网络化制造资源优化配置平台的构建,并应用于某型号发动机叶片协同制造,验证了优化配置过程模型的可行性和实用性。

Influence of high-speed milling parameter on 3D surface topography and fatigue behavior of TB6 titanium alloy

High-speed milling of titanium alloys is widely used in aviation and aerospace industries for its high efficiency and good quality.In order to optimize the machining parameters in high-speed milling TB6 titanium alloy,experiments of high-speed milling and fatigue were conducted to investigate the effect of parameters on 3D surface topography and fatigue life.Based on the fatigue fracture,the effect mechanism of surface topography on the fatigue crack initiation was proposed.The experiment results show that when the milling speed ranged from 100 m/min to 140 m/min,and the feed per tooth ranged from 0.02 mm/z to 0.06 mm/z,the obtained surface roughness were within the limit（0.8 μm）.Fatigue life decreased sharply with the increase of surface equivalent stress concentration factor.The average error of fatigue life between the established model and the experimental results was 6.25%.The fatigue cracks nucleated at the intersection edge of machined surface.

冷喷涂颗粒临界速度预测的数值模拟

采用ABAQUS有限元软件建立了冷喷涂单颗粒撞击基体的耦合欧拉-拉格朗日四分之一模型,基于颗粒和基体形状变化以及等效塑性应变分布模型结果预测粒径25μm钛颗粒和30μm铝颗粒撞击7B04铝合金基体形成机械咬合与冶金结合的颗粒临界速度,并进行了数据有效性验证,研究了颗粒粒径、颗粒和基体初始温度对临界速度的影响。结果表明:根据模拟得到的颗粒/基体形状变化和等效塑性应变分布,预测得到粒径25μm钛颗粒、30μm铝颗粒的临界速度分别为680,700m·s^(-1),预测值与经验关系式估算值相对误差均小于11%,说明该方法准确;随着颗粒粒径增加、颗粒初始温度降低、基体初始温度降低,临界速度增大,其中颗粒初始温度对临界速度的影响较小,颗粒粒径和基体初始温度的影响显著。

冷喷涂过程中颗粒加速特性的数值模拟

采用ANSYSFLUENT软件建立冷喷涂过程中颗粒沉积的有限元模型,通过颗粒撞击速度的估算公式进行了验证;采用有限元模型开展了载气压力(0.5,0.7,0.9,1.1,1.3MPa)、载气温度(400,500,600,700,800K)、喷涂距离(15,20,25,30,35mm)等工艺参数对颗粒加速特性的单因素影响研究,通过响应曲面法分析工艺参数对颗粒加速特性的交互影响规律。结果表明:不同工艺参数下颗粒撞击速度模拟值与估算值的平均相对误差为5.37%,验证了有限元模型的可靠性。随着载气压力的增加,颗粒速度增大,相邻载气压力下颗粒撞击速度的平均增加幅度为50m·s^(-1),颗粒温度变化不明显;随着载气温度升高,颗粒温度升高,相邻载气温度下颗粒撞击温度的平均增加幅度为60K,颗粒速度变化不明显;随着喷涂距离的增加,颗粒速度和颗粒温度均变化不明显。载气压力对颗粒速度的影响最为显著,载气温度次之,喷涂距离的影响最不显著。载气压力与载气温度的交互作用对颗粒速度的影响最为显著,载气压力与喷涂距离次之,载气温度与喷涂距离交互作用的影响最小。

TC11钛合金高速铣削的表面粗糙度与表面形貌研究

面向高速铣削中表面粗糙度的工艺控制,从冷却润滑工艺、刀具前角和切削参数的选择,进行了切削实验和三维表面形貌的测试分析研究。研究表明:乳化液比干切削加工的表面粗糙度小,但加工纹理基本一样;采用硬质合金刀具材料加工TC11钛合金时,选用前角为8°的刀具时表面粗糙度小,表面纹理均匀,一致性好;钛合金TC11高速铣削时,铣削速度优选从314 m/min～377 m/min范围,每齿进给量优选从0.03 mm/z～0.05 mm/z范围,可保障表面粗糙度在Ra0.6以内;铣削速度和每齿进给量配比组合会影响表面形貌。

面向复杂零件网络化制造的资源优化配置方法

为实现复杂零件网络化制造的资源优化配置,提出一种以零件工艺流程为核心的制造资源优化配置方法。该方法依据零件工艺流程,设计逻辑制造单元和逻辑加工路线,进行基于逻辑制造单元和逻辑加工路线的制造任务分解和描述。为了对逻辑加工路线配置最优的可执行加工路线,以运行成本、时间和加工质量为目标,建立多目标优化模型;在用遗传算法求解模型的过程中,每一代种群,基于影响度因子将运行成本、时间和加工质量的目标特征值矩阵转换为相对隶属度矩阵,进而以每个染色体的距优海明加权距离平方与距劣海明加权距离平方之和最小为准则,求取基于相对隶属度的适应度值。最后,以具体实例证明了该方法解决复杂零件网络化制造资源优化配置问题的可行性与有效性。

基于物理制造单元的网络化制造资源建模及信息集成

针对分散的网络化制造资源,研究了基于物理制造单元的网络化制造资源建模,以及基于可扩展标记语言的制造资源信息模型和信息集成方法。建立了包括物理制造单元层、工作中心层和物理设备层的制造资源组织模型,定义了包括基本信息、制造能力、物理构成、状态信息、工装信息的物理制造单元信息模型。提出了制造资源信息的可扩展标记语言建模方法,研究了制造资源信息的XML Schema描述规范,实现对异制造资源的描述;提出了基于可扩展标记语言的异地制造资源信息集成框架,应用于面向物理制造单元资源信息动态集成的网络化可重构制造资源优化配置平台开发。

基于响应曲面法的Aermet100磨削力预测模型研究

为了优化超高强度钢Aermet100磨削参数,采用响应曲面实验法,对Aermet100平面磨削力展开了预测模型研究,建立了磨削力的全系数项回归预测模型;采用显著性检验方法,对磨削力预测模型的显著项和不显著项进行了分析,去除了不显著项,对磨削力预测模型进行了简化;基于所建模型,分析了磨削参数对磨削力的影响规律。结果表明:简化的磨削力预测模型误差小,可对磨削力进行有效预测;磨削深度ap与工件速度vw、砂轮速度vs的交互作用对磨削力影响显著;磨削力随着工件速度vw、磨削深度ap的增加而增加,随着砂轮速度vs的增加而降低。

TiAlN涂层硬质合金可转位刀具快速铣削钛合金刀片磨损研究

快速铣是一种新兴的粗加工方法,研究它的刀具磨损机理对提高刀具寿命和加工效率有着重要的作用。采用硬质合金快速铣刀片在工件上进行了钛合金TC17铣削实验,研究了不同切削参数对切削力的影响,采用多元线性回归建立了切削力数学预测模型,分析了各铣削参数对切削力的影响规律,通过对后刀面的检测,分析了刀具磨损形貌和磨损机理。结果表明:每齿进给量、切削深度对切削力的大小影响显著,切削宽度和主轴转速影响很小,在试验参数范围内,选用切削参数组合为:f_z=0.8 mm/z、a_p=0.5 mm、a_e=20 mm、s=600 r/min进行可转位刀片的磨损试验,快速铣可转位刀片的主要磨损形貌为后刀面磨损、材料剥落,后刀面主要磨损机理为黏结磨损,同时会产生一定程度的扩散磨损。

基于物理制造单元的网络化制造资源建模研究

面向未来数字化制造模式 ,提出对企业制造资源分三层进行管理 ,即物理制造单元层、工作中心层和物理设备层 ;针对生产制造过程中各个应用环节对制造资源的需求 ,利用面向对象方法对物理制造单元从基本信息、制造能力信息、物理构成、状态信息和工装信息等五方面进行了建模研究 ;对于物理制造单元的制造能力信息分别面向逻辑制造单元和物理制造单元可加工零件类别进行建模 ;最后将该模型应用在网络化协同工艺系统和可重构制造资源优化配置平台中 ,给出了具体的应用方案。

TB6钛合金高速铣削表面粗糙度与表面形貌研究

TB6钛合金高速铣削以高效率、高质量的优点广泛应用于航空航天行业。面向高速铣削中表面粗糙度的工艺控制,通过高速端面铣削正交试验,研究并分析了高速铣削参数对表面粗糙度及三维表面形貌的影响。研究表明:表面粗糙度对每齿进给量变化最为敏感,对铣削速度变化敏感次之,对铣削宽度的变化最不敏感;铣削速度优选范围为100～140m/min,每齿进给量优选范围为0.04～0.08mm/z,可保障表面粗糙度在0.7μm内;铣削速度和每齿进给量配比组合影响表面形貌的形成。

复杂零件协同制造任务信息模型及建模方法

针对网络化环境下的复杂零件协同制造,研究了协同制造任务信息模型及建模方法。定义了协同制造任务和制造子任务,提出了基于逻辑制造单元和逻辑加工路线的协同制造任务和制造子任务表征;建立了逻辑制造单元的信息结构,定义了相关"元语",研究了逻辑加工路线的信息模型及其有向图表示;提出了协同制造任务的分解过程涵盖逻辑制造单元和逻辑加工路线的设计,并分别给出了设计方法。最后,以叶片零件为例,讨论了其协同制造任务分解的应用过程。

一种基于GA的多目标模糊决策方法研究

针对多目标决策中目标非标准化对决策的影响,提出一种基于相对隶属度的改进遗传算法。在求解过程中,首先计算出群体中所有个体的目标特征值,然后计算目标非标准化对决策的影响度和影响度因子;通过影响度因子将目标非标准化对决策的影响计算到相对隶属度中,将目标特征值矩阵转化为相对隶属度矩阵,构造基于相对隶属度的相对适应度函数,以减小目标非标准化对决策的影响;最后给出了应用该算法处理复杂零件协同制造中制造资源优化配置的一个实例,证明算法的可行性与有效性。

基于网络的可重构制造资源优化配置平台研究

针对网络化制造中的资源动态快速重组问题 ,本文进行了基于物理制造单元的制造资源信息建模研究 ;考虑资源的实时状态 ,研究了面向CAPP进行制造资源预配置的方法 ;考虑制造单元间的运输时间和运输费用 ,研究了对于制造资源面向T、Q、C的优化配置的方法 ,该方法支持制造资源动态调整及优化配置。

基于遗传算法的网络化制造单元选择问题研究

为解决网络化协同制造过程中物理制造单元选择问题,提出一种改进的基于遗传算法的物理制造单元优化选择算法。算法采用整数编码,每个染色体代表一条可执行加工路线;为获取最优的可执行加工路线,以总的运行成本、运行时间和加工质量为优化目标构造目标函数;求解过程中,在每一代种群中计算出与每个染色体相对应的成本、时间、质量指标及目标非标准化对决策的影响度,进而利用影响度因子确定群体中每个染色体对最小运行成本、最小运行时间及最优加工质量的相对优属度,再利用相对优属度构造相对适应度函数,并求取相应的适应度函数值,减小了目标非标准化对优化结果的影响。最后给出了应用该算法处理复杂零件协同制造中制造单元选择的一个实例,以证明算法的可行性与有效性。

GH4169高温合金端面车削表面变质层的形成机理

利用实验和DEFORM-3D有限元分析相结合的方法,通过分析不同加工参数下切削力、温度和应变场,以及残余应力、显微硬度、微观组织的变化,研究GH4169端面车削表面变质层的形成机理。结果表明:表面变质层的形成是热力耦合作用于材料微观组织的结果;加工强度增大,切削力和切削热增大,表层金属等效应变增大,塑性变形更加显著,金相组织改变越明显,晶粒变形程度越大;在加工参数范围内,温度影响层深度为130~200μm,等效应变层深度为100~220μm,残余应力层为80~110μm,硬化层深度为50~80μm,表面变质层深度为2.5~5μm。

基于Internet的制造单元建模研究

针对生产制造过程中各个应用环节对制造资源的需求,利用面向对象方法对制造单元从基本信 息、制造能力、物理构成几个方面进行了建模研究;对制造单元进行三层管理组织形式建模:物理制造单元、工作中心、物理设备;对于物理制造单元的制造能力分别面向逻辑制造单元和物理制造单元可加工零件建模。

GH4169车削过程的热力耦合作用及残余应力场研究

镍基高温合金GH4169是一种拥有优良的机械性能及抗腐蚀能力的耐热合金,被广泛应用于航空航天工程等领域,其切削过程因热力耦合作用产生的残余应力对零件的疲劳性能有重要影响。本文采用GH4169车削试验及Deform-3D仿真模拟相结合的方法,通过试验的切削力和仿真的温度-应变场对残余应力场的形成机理进行研究。结果表明:刀具磨损对主切削分力和车削温度的影响非常显著,在刀片磨钝过程中,主切削分力由538N增大到756N,剪切区温度由552℃增高到654℃,工件表面的应变由3.3升高到3.5;刀具磨损导致切削力和的温度-应变的增大,致使表面圆周和进给方向的残余拉应力峰值由517MPa、242MPa增大到860MPa、442MPa;表层残余压应力峰值-696MPa、-356MPa增大到-756MPa、-456MPa;残余应力层深度由72μm增大到85μm。

TiAlN涂层硬质合金刀具大进给铣削高温合金的加工性能评价

大进给铣削是一种高效加工方法,在提高难加工材料的加工效率方面具有显著优势。采用可转位的Ti Al N涂层硬质合金刀具对GH4169进行了大进给铣削试验,研究了切削速度、每齿进给量以及刀具磨损对切削力的影响规律,并通过对后刀面磨损区域微观形貌和能谱分析,研究了刀具磨损机理。结果表明:每齿进给量对切削力的影响最显著,刀具磨损对轴向切削分力的影响非常显著,在刀片磨钝过程中,轴向切削分力由854 N增大至1 863 N;切削速度对刀具寿命的影响最显著,切削速度增大至110 m/min时,刀具寿命仅有2 min;通过刀具后刀面磨损区域的能谱分析,在切削刃附近发现大量Ni、Fe、Cr等GH4169材料元素,刀具的主要磨损形式为黏结磨损和由热裂纹引起的材料剥落及崩刃。