激光加热辅助车削高温合金薄壁件变形仿真及试验研究

机匣件作为航空发动机的重要零部件,是一种典型的薄壁件,其尺寸大、壁薄以及刚性低等特点使得在加工过程中容易发生工件变形、刀具震颤,造成加工精度不达标,以及加工表面质量差等问题。本文建立高温合金常规车削与激光加热辅助车削模型,并通过试验验证了模型的准确性。模型最大误差为10.1%,最小误差为5.5%,平均误差为7.8%,处于可接受范围。然后建立常规车削与激光加热辅助车削薄壁件模型,研究激光加热辅助车削对薄壁件变形的影响。研究结果表明,与常规车削相比,当激光照射温度达到650℃以上时,激光加热辅助车削切削力分别下降了20.2%、19.8%和15.2%。激光加热辅助车削能够降低车削薄壁件过程中的加工变形。与常规车削相比,激光加热辅助车削薄壁件时,加工变形量分别降低了15.6%、12.7%和13.3%。

高精密螺杆泵重叠网格涂胶性能分析

涂胶密封工序一直以来都是飞行器装配过程中的重要环节,但目前该工作通常由人工进行,为解决人工涂胶的诸多弊端,对自动化涂胶所使用螺杆泵的涂胶性能进行研究。针对涂胶过程的高精度控制要求,基于运动学特性建立边界条件,使用Fluent软件的重叠网格技术对螺杆泵进行流场仿真以研究转速对泵内流速和出口流量的影响,得到了螺杆转速与管内流速、流量波动的关系,以及最佳转子转速区间为20~80 r/min。通过对比得出,重叠网格相对于传统动网格在仿真的精度和速度都有了很大的提升,并搭建实验平台证实仿真的可靠性,为自动化涂胶密封使用螺杆泵的运行参数提供了理论依据。

刀具主偏角对镍基高温合金的车削颤振的影响分析

GH4169镍基高温合金材料具有硬度大、耐高温以及耐腐蚀等特点,为避免车削加工过程中刀具与工件之间发生的颤振影响加工后表面质量,本文基于待加工件的特点建立外圆车削刀—工系统动力学模型并进行稳定性分析。结果表明,刀具主偏角约93°时可以得到表面质量较好的GH4169镍基高温合金。该项研究可以为加工类似高温合金等较大硬度材料以及加工时易发生颤振材料的刀具主偏角选择提供依据。

基于力学分析的铍材车削切削力模型研究

铍材作为一种典型难加工材料,其加工方式主要为车削,但铍材较硬较脆,经常会出现局部断裂以及锐边崩边的缺陷;切削力作为影响刀具磨损以及加工质量的重要因素,预测车削铍材的切削力对选取切削参数具有十分重要的意义。本文基于力学分析的半经验预测公式建立了一种基于热力耦合的铍材车削切削力预测模型,并进行了试验验证。结果发现,模型预测值与试验值数值拟合良好,整体误差为10.79%,误差范围为2.96%~20.53%。研究分析了不同切削参数下刀具磨损以及表面粗糙度的变化机理,为铍材车削加工提供一定的理论参考。

车削Si_(3)N_(4)陶瓷的表面质量形成机理研究

工程陶瓷材料具有硬度大、强度高及脆性大等特点,采用Si_(3)N_(4)工程陶瓷进行车削正交试验,研究了材料的表面形貌、裂纹的扩展机理以及各切削参数对切削温度和切削力的影响,观测了刀具的磨损和切屑的形态。研究表明,切削参数对切削温度的影响主次顺序为进给量>切削深度>切削速度;切削参数对切削力的影响主次顺序为进给量>切削深度>切削速度。其中,进给量对切削温度和切削速度的影响最大,切削温度和切削速度均随着进给量的增加而增加,在选择切削参数时应优先选取进给量小的参数。陶瓷材料的硬脆特性使其在加工时容易在表面产生细小裂纹,同时硬度大的特性会造成加工刀具的严重磨损,导致刀具寿命偏低。相比于金属材料的塑性去除,Si_(3)N_(4)陶瓷去除方式为粉末性去除和脆性去除。

激光微孔加工技术及应用

随着高端、精密装备的飞速发展,人们对高质量、大深径比微孔的需求越来越紧迫。基于此,介绍了飞秒激光与水导激光两种加工微孔的技术,首先探讨了两种微孔加工技术的原理并且回顾了两种微孔加工技术的研究现状;然后着重讨论了激光工艺参数、打孔方式、加工环境(真空、气体、液体、化学环境)、激光与水束光纤耦合对于高质量微孔加工的影响;最后总结了两种微孔加工技术在航空航天领域的应用以及当前面临的问题。

CDIO理实一体化多维度汽车构造教学改革

针对汽车构造理论与实践教学方法中存在的问题,重新设计了构思、设计、实现和运作(CDIO)理实一体化教学模式。采用CDIO工程教育的多维度教学方法和沉浸式理论与实践一体化实验室现场教学空间,使学生身临其境认知结构类实物零件,实现理论教学与实验教学无缝衔接。通过讨论式小组交流项目设计问题、讲授总结和随堂考核及实践考核,提高了对基础知识掌握的牢固度和解决复杂问题的能力。经过汽车构造教学案例的实践,教改组成绩明显高于对比组,验证了现场理实多维度教学新模式可有效提高学生随堂掌握知识的正确率,提高了专业知识学习的主动性和工程设计能力。

基于CDIO与工程教育认证融合的汽车构造教学改革

针对汽车构造传统教学计划中存在的问题,以构思、设计、实现和运作(CDIO)为教学手段有效结合工程教育认证体系核心内容,重新制定了CDIO的教学目标、对应毕业要求关联矩阵、工程教育达成度评价体系和CDIO的课程设计改进措施。采用CDIO工程教育的教学方法,加大产品设计问题和讨论内容,以达到认证各项毕业要求指标。经过汽车构造教学改革实践,教学目标达成度和解决工程问题能力得到显著提高,验证了CDIO教学理念和方法能够保证工程教育认证的核心要求。

激光加热辅助切削技术的应用及发展前景

近年来出现的加热辅助切削技术是解决难加工材料加工的一种有效方法,通过提高工件局部温度改变被去除材料的性能,从而改善材料的可加工性。采用的热源包括等离子弧、氧乙炔焰和激光,其中激光具有能量密度高且易于调整、光斑尺寸与入射位置可控性好、集成方便等优点,已成为加热辅助加工首选热源。

激光诱致温度场对38CrN3MoV淬火组织转变及性能影响研究

为提高炮管管线阴阳线硬度及抗摩擦磨损能力,对炮管管线阴线和阳线进行激光淬火试验研究。建立连续半导体激光加热38CrNi3MoV温度场的有限元预测模型,仿真分析激光参数对炮管管线温度场的影响规律。结合温度场仿真结果,对炮管管线开展激光淬火试验研究,探究激光功率、激光光斑直径、扫描速度等工艺参数对淬硬层硬度以及深度的影响规律。结果表明:激光淬火后平均硬度由400HV提高到710HV,增加43.66%;阳线、阴线硬化层深度分别达到1.22mm和0.61mm。淬火后阳线表面粗糙度Ra由0.548μm增加至0.700μm,阴线表面粗糙度Ra由4.424μm降低至3.804μm,均在允许的变化范围之内,满足使用要求。通过光学显微镜对淬火后阴阳线组织转变进行观察分析,探究激光淬火后组织转变规律。

45%SiCp/Al复合材料切削表面对高斯激光吸收规律研究

为探究45%SiCp/Al复合材料切削表面状态吸收高斯激光的温度变化规律,根据傅立叶热传导公式及碳化硅颗粒、铝基体的热物性参数,计算得出45%SiCp/Al复合材料吸收激光后不同相的温度随时间变化规律。利用有限元仿真方法建立激光加热辅助切削45%SiCp/Al复合材料的温度场有限元预测模型,仿真分析获得激光功率、激光移动速度、激光光斑直径、转速对于激光加热温度场的影响规律,结合切削用量对加热温度的影响规律,建立工件表面切削点处温度的经验公式。基于切削点温度经验公式预测得到的温度场,开展硬质合金刀具和聚晶金刚石刀具的激光加热辅助切削实验研究。通过硬质合金刀具和聚晶金刚石刀具对45%SiCp/Al复合材料开展激光加热辅助切削实验研究。结果表明:使用硬质合金刀具开展激光加热车削45%SiCp/Al复合材料得到的复合材料表面铝/硅元素含量比值达到1.187,对半导体激光的吸收率为0.21;而当使用聚晶金刚石刀具进行激光加热车削获得的切削表面铝/硅元素含量比值为1.047,激光吸收率达到0.23.

车削GH4169镍基高温合金的刀具磨损率仿真及实验研究

为解决切削高温合金材料刀具磨损问题,需要更深层次地探究刀具磨损性能。基于Archard刀具磨损理论,提出以粘结磨损为主的磨损率公式,利用Deform三维仿真软件建立刀具磨损模型,通过仿真数据计算在不同切削参数下的刀具磨损率,并通过试验验证该模型的准确性。结果发现,车削GH4169镍基高温合金时经历了初期磨损阶段(0~154μm),正常磨损阶段(154~254μm)以及急剧磨损阶段(254~301μm)三个刀具磨损阶段;利用该模型计算得到的仿真刀具磨损率相较于试验值,准确率达80%以上,但整体而言试验值偏大;刀具磨损率影响程度由大到小依次是进给量>切削速度>切削深度,并通过试验验证此规律的准确性。

钛合金车削切削力及表面粗糙度优化分析

采用TC11钛合金车削正交试验研究了各车削参数对切削温度和切削力的影响规律,进一步分析车削参数和表面粗糙度的内在联系。结果表明:切削温度与切削力相互影响,当切削速度在50~100m/min时,切削速度越高,刀具对工件挤压越剧烈,且切削温度升高并使工件软化,导致切削力减小。通过极差分析发现,影响切削力的切削参数依次为切削深度>进给量>切削速度,影响切削温度的切削参数依次为切削速度>进给量>切削深度;对于表面粗糙度各切削用量影响程度大小依次为进给量>切削速度>切削深度。在本次试验参数内,得到了最优切削力的切削参数和最优表面粗糙度的切削参数。研究结果对于加工钛合金的切削参数优化提供一定指导。

车削高温合金GH4169表面粗糙度及残余应力优化分析

为分析车削参数对已加工表面粗糙度、已加工表面形貌、残余应力的影响规律,针对高温合金GH4169设计正交车削试验,通过有限元仿真建立三维车削模型。结果表明:影响表面粗糙度的主次因素依次为进给量、切削速度、切削深度;影响残余应力的主次因素依次为进给量、切削深度、切削速度;确定在试验参数范围内最佳表面粗糙度和残余应力的参数组合分别为v_(c)=55 m/min、f=0.1 mm/r、a_(p)=0.3 mm和v_(c)=60 m/min、f=0.2 mm/r、a_(p)=0.25 mm。

陶瓷基复合材料铣削力优化及刀具磨损研究

SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料具有硬度高和耐磨损等特点,在切削加工时存在切削力大和刀具磨损严重等问题。采用正交试验法对SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料开展了铣削试验,使用极差法对铣削力进行分析,通过分析铣削加工参数对铣削力的影响规律,得出铣削深度对铣削力的影响最大。同时,分析铣削深度对刀具磨损的影响结果表明,随着铣削深度的增加,单位时间内刀具铣削材料体积增加,引起铣削力增大和铣削区域温度上升,导致刀具磨损增加。给出了以铣削力最小和刀具磨损量最低为优化目标的各个工艺参数,为后续的SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料铣削加工提供参考。

四刃平头铣刀铣削Ti-6Al-4V钛合金参数优化设计及实验研究

为解决四刃平头铣刀铣削钛合金材料时切削力大、切削温度高等问题,利用AdvantEdge FEM仿真软件对四刃平头铣刀进行铣削仿真分析,从刀具应力分布、切屑形貌的方向优化刀具参数,将最佳刀具参数应用于切削参数仿真中,获得铣削Ti-6Al-4V材料的最佳切削参数,并利用试验进行验证。研究表明:基于刀具应力分布以及切屑卷曲状态获得了最优刀具参数;通过不同切削参数的铣削仿真试验获得了最小切削力参数以及最低切削温度参数,并通过试验验证了仿真有效性,为高效铣削Ti-6Al-4V材料提供有价值的理论参考。

车削45%SiCp/Al复合材料刀具寿命及磨损机制研究

为探索金刚石刀具(PCD)和涂层硬质合金刀具加工45%SiCp/Al复合材料时的刀具磨损、切削力、表面粗糙度的变化规律,对45%SiCp/Al复合材料进行了切削试验。分别使用三向测力仪对切削力进行测量,光学显微镜对刀具磨损进行了观察和测量。分析了PCD和涂层硬质合金刀具磨损的演变过程及刀具磨损对切削力、表面粗糙度的影响规律。研究结果表明,对于PCD刀具,前刀面磨损形式依次为晶粒脱落、磨粒磨损、粘结磨损并存在崩刃。后刀面的主要磨损形式为磨粒磨损,并伴有积屑瘤的产生。硬质合金刀具前刀面磨损形式依次为涂层脱落、磨粒磨损,后刀面出现严重磨粒磨损并且出现粘附现象,用PCD刀具切削45%SiCp/Al复合材料,切削力随积屑瘤增长或脱落呈周期性变化。用涂层硬质合金刀具切削时,主切削力是PCD刀具的两倍。对于PCD刀具,表面粗糙度也随积屑瘤呈周期性变化。涂层硬质合金刀具切削45%SiCp/Al复合材料的表面粗糙度大于PCD刀具,并且随切削距离增加急剧增长。

夹紧力对7075铝合金薄板件铣削变形影响

针对薄板件装夹及加工时易变形的问题,为研究夹紧力对7075铝合金薄板件铣削变形的影响,对铝合金薄板件进行铣削实验,采用面支撑、四点夹紧的装夹方式,通过改变初始夹紧力的值,对铣削后平面度进行测量。结果表明:在铣削过程中,夹紧力一直处于动态变化中,最大变化幅度为9%,且铣削结束时,夹紧力不会恢复到初始值,初始与结束时夹紧力的最大差值为42N;增大初始夹紧力,切削力也随之增大;铣削后表面的平面度随着初始夹紧力的增大呈现出先增大后减小再增大的趋势。这说明,初始夹紧力的大小对工件变形的影响显著;加工过程中夹紧力的不断变化是影响工件变形的重要原因。

颗粒含量对复合材料切削力及表面粗糙度的影响研究

为探索45%SiCp/Al复合材料切削力和表面粗糙度变化规律,用PCD刀具对45%SiCp/Al复合材料和铝合金材料进行车削正交试验,分析颗粒含量、切削速度对切削力和力的波动的影响规律,以及力的波动对表面粗糙度的影响。结果表明:对于45%SiCp/Al复合材料和铝合金材料,其颗粒含量越高,三向切削力Fx、Fy、Fz越大而力的波动越小;在45%SiCp/Al复合材料切削过程中,一般情况下,进给力小于背向力和主切削力,但当切削速度为90~120 m/min时会出现背向力大于主切削力的情况;当切削速度增大,切削力和力的波动值都有先增大后降低再增大的趋势;切削力波动的幅度越大,表面粗糙度越大。

热处理炉高温测量解析

针对国内大部分企业对高温测量的认知不足情况,通过对高温测量主要组成部分炉温均匀性测试和系统精度测试的分析,深入探讨高温测量对加热炉温度场的影响,并对高温测量的控制核心进行剖析,从而使企业认识到高温测量对于热处理质量控制的重要性,以期推进热处理质量控制的精细化发展。