高温合金磨削热损伤的形成机理及对表面完整性的影响

高温合金磨削加工过程中易出现热损伤缺陷,严重降低零件的疲劳寿命,为解决该工程问题,采用锆刚玉砂轮与微晶刚玉砂轮对高温合金开展了深切缓进磨削试验.研究磨削工艺参数对磨削温度、磨削力,表面形貌与表面粗糙度的影响规律,揭示高温合金磨削热损伤的形成机理与有效抑制措施,对比分析磨削热损伤对表面完整性造成的影响.结果表明,加工弧区瞬时高温是引起高温合金磨削热损伤的本质原因,微晶刚玉砂轮因自锐性优势能有效抑制磨削热损伤,高温合金磨削热损伤表面呈现氧化变色、鱼鳞状涂覆纹理、硬度下降与残余拉应力等表面缺陷.实现高温合金无热损伤磨削的有效手段是降低磨削热量的产生与加工弧区的强化换热.

锪窝圆角半径对CFRP/Al机械连接结构力学性能影响

碳纤维增强复合材料(CFRP)和铝合金(Al)因其优异的机械/物理性能,广泛应用于新一代商用飞机.CFRP/Al沉头螺栓连接结构是重要的连接形式,其中锪窝圆角半径影响了机械连接性能.研究中设计制造不同锪窝圆角的钻锪一体刀具对锪窝圆角尺寸进行控制,并采用基于复合材料渐进损伤模型的有限元仿真方法对不同锪窝圆角半径连接结构力学性能进行仿真和试验研究,分析了CFRP/Al叠层机械连接失效机理.结果表明,利用钻锪一体锪窝钻头可以有效控制锪窝圆角;锪窝位于CFRP层相比于位于铝合金层有着更大的极限强度;CFRP和铝合金材料均在锪窝圆角半径为1.0 mm时具有最大的极限载荷,即锪窝圆角略大于螺栓圆角有利于获得更好的机械连接性能.

钛合金TA7铣削加工特性研究

TA7钛合金高强度和低热导率的特点使其成为典型的难加工材料。为了研究钛合金TA7的铣削加工特性,开展了钛合金TA7铣削实验,研究切削参数对TA7切削特性的影响规律。基于MINITAB分别建立了切削力、表面粗糙度与切削参数的回归模型,并分析了切削力、表面粗糙度、残余应力与切削参数的响应关系,揭示了切削参数对切削力时域和频域信号、已加工表面形貌与残余应力影响规律。

陶瓷基复合材料多能场辅助高效低损伤铣削加工工艺

陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、各向异性和非均质性的特点,导致其在加工过程中刀具磨损严重,加工质量差,加工效率低。对经过激光烧蚀处理的试样进行铣削加工,证明了铣削粉末状烧蚀产物时几乎不产生力和热量。利用有限元仿真并进行单向超声振动辅助铣削,发现超声振动辅助铣削工艺可以在不降低加工效率的前提下实现陶瓷基复合材料低损伤切削加工。提出了激光烧蚀与超声振动辅助铣削的组合加工工艺。基于加工质量、加工效率、刀具成本等多维指标对铣削加工策略进行综合评价。激光烧蚀+超声振动辅助铣削策略可以获得质量更好的已加工表面,同时加工时间少,刀具成本低,综合来看是可以实现陶瓷基复合材料高效低损伤铣削加工的工艺方案。

基于三种热处理工艺的18CrNiMo7-6渗碳钢车削参数研究

国产渗碳齿轮主体钢种已经由20CrMoTi转变为18CrNiMo7-6,因其具有优异的高强度、高耐磨性以及极高的冲击韧性,被广泛应用于制造汽车、船舶和铁路机车等行业的核心齿轮部件。由于其氮含量不易控制、加工硬化倾向大、冲击韧性不易达标,是齿轮加工中的关键加工材料。通过研究涂层硬质合金刀具干式车削不同热处理状态下18CrNiMo7-6钢的切削力,分析了三类不同材料的热处理加工工艺流程以及加工参数对三类不同热处理材料切削力影响,并通过频谱分析揭示切削参数对于低频切削力和高频切削力的影响关系。

GH2150高温合金铣削加工刀具磨损研究

GH2150时效强化型铁基变形高温合金具有优异热稳定性、耐高温强度和高温服役性能,被广泛应用于航空发动机和燃气轮机的热端部件制造。其低热导率和高强度特点导致加工切削热易聚集及加工硬化倾向大,是典型的难加工材料。通过开展刀具磨损对比实验,研究不同涂层刀具在低速和高速条件下刀具后刀面磨损与材料去除量的关联规律,揭示切削加工过程中刀具磨损对切削力时域和频域的影响规律,获得刀具磨损对已加工表面形貌和表面残余应力的影响机理。

纤维增强复合材料切削仿真研究进展

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)具有高比模量、高比强度、良好的抗腐蚀性和低热膨胀系数等优点,在航空航天和汽车领域获得了广泛的应用。由于FRP力学性能上的各向异性及组织上的非均质特性,使其成为一种典型难加工材料。为揭示FRP切屑去除机理及表面缺陷形成机制,近年来以离散元方法和有限元方法为主的仿真技术逐渐应用到该材料切削研究领域。本文总结了近年来国内外学者在FRP切削仿真领域的研究现状与进展,重点阐述了宏观机械模型、微观机械模型和微宏观机械模型有限元建模方法在FRP切削仿真中的应用,并指明了未来复合材料及其叠层结构切削仿真研究的重点与关注点。

高速铣削参数对锡铋合金切削温度影响的试验研究

针对锡铋合金材料熔点低、切削加工性不明的问题,采用红外测温仪研究了干式高速铣削参数对锡铋合金工件切削温度的影响,采用正交试验法进行试验规划,用直观分析法对试验数据进行分析,结果表明:铣削参数对切削温度的影响程度从大到小依次为:切削深度、进给量、主轴转速、行间距;对锡铋合金进行高速铣削时,切削温度随着进给量和切削深度的增加而升高,随着主轴转速的增加而降低,行间距对切削温度基本无影响;得出了最优铣削参数组合,当主轴转速为9000r/min、进给量为150mm/min、切削深度为0.6mm、行间距为0.4mm时,切削温度最低;对锡铋合金进行干式高速铣削过程中刀具无明显磨损,在试验范围内未发现锡铋合金加工表面有熔化现象,锡铋合金属于易切材料。

基于MQL的微切削Inconel 718残余应力优化研究

镍基高温合金(Inconel 718)因具有良好的机械性能和抗氧化性能而被广泛应用于航空航天等领域。Inconel 718合金存在加工硬化等问题,使其成为一种难加工材料。残余应力是影响Inconel 718合金工件尺寸稳定性的主要因素之一,采用微量润滑(MQL)进行加工,可有效控制切削温度及切削力,降低残余应力。本研究通过MQL微切削理论、仿真及实验等方法,探讨切削速度、进给量、背吃刀量等因素对残余应力变化的影响,揭示MQL微切削Inconel 718合金残余应力分布变化规律,并基于田口法提出MQL微切削Inconel 718合金残余应力的优化方案,具有一定的科学意义和实用价值。

遗产旅游视角下东北地区工业遗产保护与利用

工业遗产承载着东北地区社会发展的脉络。遗产旅游的方式有助于工业遗产的保护与活化利用,对促进东北地区的文脉传承和区域振兴有着重要的意义。本文从遗产旅游的视角出发,以东北地区工业遗产为研究对象,梳理其历史成因与价值,针对其现状特征,从遗产地旅游框架构建、提升旅游者游憩体验、建立健全法律法规等角度,提出遗产旅游视角下的东北地区工业遗产保护与利用策略,以期为今后工业遗产的活化利用提供参考。

基于人本主义视角的历史文化名镇城市设计实践——以海林市横道河子镇为例

新时期以人为本的高质量发展目标对历史文化名镇保护工作提出了更高的要求。城市设计作为一个贯穿于城市规划全过程的系统化工具,是协调历史文化名镇保护与发展矛盾的重要手段。本文以黑龙江省海林市横道河子历史文化名镇保护实践为例,从改善空间环境、传承历史文脉、追求公平效率的人本愿景出发,提出利用数字化技术进行自然底线控制、整体风貌设计、全过程多方参与的城市设计路径。通过延续历史城镇空间肌理、加强城镇色彩风貌的规划管控、配套建设城镇基础设施、重塑城镇文化地标等方式,充分发挥横道河子镇的自然禀赋与人文价值,为实现历史文化名镇的可持续发展提供一条可行的路径。

黑色金属的金刚石刀具加工技术研究进展

金刚石刀具是超精密加工最理想的刀具之一,但在黑色金属超精密加工领域“石墨化”导致刀具快速磨损,其应用极大地受到了限制。首先,针对金刚石刀具的磨损机理进行介绍。然后,综述金刚石刀具切削黑色金属的几种常见方法,如刀具表面改性、工件表面改性、低温辅助切削、超声振动辅助切削等,通过研究实例来分析各方法的应用效果和存在问题,并从技术层面分析影响金刚石刀具在黑色金属加工领域发展的关键因素。最后,对金刚石刀具切削黑色金属未来的发展趋势进行探讨。总结金刚石刀具在黑色金属领域的加工方法,分析加工黑色金属时抑制金刚石刀具磨损的核心技术,对黑色金属的精密超精密加工具有重要的引领和推动作用。

TC4铣削中超临界CO2混合油膜附水滴的冷却润滑性能

在干切削、超临界CO2(scCO2)以及scCO2与油膜附水滴(OoW)混合三种绿色切削方式下对钛合金进行了铣削试验。通过单因素试验分析了铣削参数和冷却润滑方式对切削力、切削温度、表面粗糙度的影响规律,研究了scCO2与OoW混合冷却方式在钛合金铣削中的冷却润滑性能。结果表明,三种冷却润滑方式下,随着切削速度、每齿进给量和径向切宽的增大,切削力和切削温度均呈现增大趋势;当切削速度进一步增大时,依据高速切削加工理论,切削力和温度有增长变缓和下降的趋势;不同加工参数下,相比干切削和scCO2,scCO2与微量油膜附水滴混合冷却方式能有效减小切削力和降低切削温度,并获得良好的加工表面,具有良好的冷却润滑性能。

CFRP及叠层结构螺旋铣孔专用刀具切削性能评价

碳纤维增强复合材料(CFRP)及由钛合金Ti-6Al-4V和CFRP组成的金属复合材料叠层结构广泛应用于现代航空工业。大型客机结构件之间主要通过铆接和高锁螺栓连接,根据波音与空客公司发布的数据显示,最新一代B787与A380上装配孔的数量已超百万,装配过程中的制孔效率与质量直接决定了客机整体装配效率及关键结构件的疲劳寿命,从而间接影响了客机的生产成本以及飞行可靠性。随着飞机数字化装配的快速发展,传统的钻孔工艺会产生很多加工缺陷,工序复杂,加工孔质量不能满足要求,因此,有必要优化制孔工艺,设计新型专用刀具。本文通过研究螺旋铣孔运动学特性,分析螺旋铣孔的工艺特点,设计了一种新型螺旋铣孔专用刀具,并以加工过程的轴向切削力、出入口加工质量以及刀具磨损为评价指标,验证该新型专用刀具的切削性能。结果表明,专用刀具在干切削条件下能够实现复材孔无分层、钛合金孔无毛刺加工,大幅提高刀具寿命,解决了传统立铣刀对CFRP及CFRP/钛合金叠层结构进行螺旋铣孔时刀具寿命低、加工质量差等问题。

刀具磨损对CFRP/Ti叠层制孔精度影响的试验研究

为研究刀具磨损对CFRP和钛合金叠层制孔精度的影响,采用不同的加工方式至刀具磨钝,观测刀具磨损情况。利用三坐标测量机对不同材料的出、入口的孔径精度进行检测,计算孔径一致性,得到孔径几何精度随刀具磨损的变化规律及主要影响因素。结果表明:叠层材料制孔加工过程中,CFRP孔径受刀具磨损影响较大,且受钛合金切屑影响,出口直径比入口直径大,孔呈锥状;钛合金孔径先因刀具磨损而减小,由于轴向力过大出现振动和孔径上升的现象;钻孔过程中退刀冷却可提高刀具寿命,并在刀具寿命周期内可提高叠层制孔的孔径一致性。

CFRP/Ti叠层钻削力热行为与切屑成形分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种以环氧树脂作为基体材料、碳纤维作为增强材料的复合材料,具有高强度、高比强度以及耐腐蚀性的特点。CFRP与钛合金是航空航天领域广泛使用的两种轻质的材料,经常作为叠层结构出现在大型客机的关键部位,使大型客机制造装配过程中需要对CFRP/Ti叠层进行大量的制孔。而CFRP/Ti叠层钻削过程中的力热变化与切屑形态会直接影响刀具的切削状态。在此基础之上,对CFRP/Ti叠层钻削过程中的力热行为与切屑成形进行研究,这对于CFRP-Ti叠层实际钻削过程具有重要的指导意义。

Incoloy 901涡轮榫槽拉刀仿真优化设计

涡轮榫槽作为叶片和轮盘连接部位,对表面质量和几何精度有着严格的要求,而榫槽成型拉削的关键要素是拉刀设计。本文通过有限元仿真方法研究了拉刀几何参数对切削过程中刀具应力和切屑形状尺寸的影响规律。通过SolidWorks软件等比例建立拉刀几何模型,导入AdvantEdge软件建立拉削仿真模型,并选择切屑曲率半径、切屑厚度作为标准进行验证,误差在可接受范围内。结合加工经验制定仿真方案,研究了齿升量、齿距、前角、槽深以及槽底圆弧半径对切削过程的影响。结果表明:切屑变形系数随着齿升量增加而增加;切削力随着前角增大而减小,但减小速度逐渐平缓;切削温度随着齿升量、槽底圆弧半径增加而增加,但整体增量不大;切屑曲率半径随着刀具前角和槽底圆弧半径的增大而减小。

难加工材料微量润滑及低温辅助切削加工技术研究

随着绿色制造已成为世界制造业未来的发展趋势,清洁切削是实现机械加工环境、操作人员和生产资源和谐发展的有效途径。本文综述了近年来上海交通大学在难加工材料微量润滑及低温辅助加工技术方面的研究,概括了微量润滑和低温辅助等清洁加工方式在典型难加工材料中的应用可行性及效果,具体内容主要包括:阐述了微量润滑及低温辅助切削加工的工作原理;采用有限元方法对微量润滑流场分布进行仿真,获取了工作参数对冷却润滑效果的作用规律;表征了不同微量润滑和低温辅助过程中的刀-屑摩擦磨损特性;系统研究了冷却润滑条件对不同难加工材料加工过程中切削和刀具磨损机理的作用,揭示了低温辅助和微量润滑环境对典型难加工材料切削性能的改善机制;研究了不同加工方式冷却润滑条件对加工表面完整性创成的影响。

PCD刀具几何参数对Cf/SiC复合材料铣削质量的影响

陶瓷基复合材料因其独特的耐磨性和耐高温性能,广泛应用于航空航天、能源和汽车等领域。但由于其基体材料的脆硬性和增强相的各向异性,给机械加工过程带来了很大挑战。针对二维编织的碳纤维增强陶瓷基复合材料,设计了不同几何参数的PCD刀具进行槽铣试验。纤维拔出、纤维剥落和纤维断口回弹显著降低槽底表面质量,微崩边和毛刺是直槽边的主要加工缺陷。试验结果表明,PCD刀具前角为3°、后角为20°、钝圆半径为10μm时,直槽加工质量较好。

密齿硬质合金涂层刀具铣削TC4钛合金试验研究

利用单因素试验方法进行了密齿硬质合金涂层刀具铣削TC4钛合金试验,研究每齿进给量和切削速度对切削力、切削温度、加工表面粗糙度以及切屑形态的影响。结果表明:切削方向分力F_x、刀轴方向分力F_z随每齿进给量的增大而增大,进给方向分力F_y随每齿进给量的增加变化不大;切削速度小于75m/min时切削力随切削速度的增加下降较为明显;切削速度超过75m/min时切削力变化不大;切削温度受每齿进给量影响较大,且影响程度随进给量的增加而逐渐减小;随着每齿进给量f_z的增大,加工表面粗糙度值先减小后增大;在每齿进给量高于0.04mm/z时,密齿铣刀铣削TC4钛合金得到的切屑为螺卷状,且随每齿进给量的增加,切屑的曲率半径减小,随切削速度的增大,螺卷状切屑的螺距减小。