Ag10CuZnSn-xIn-yCe低银钎料组织及性能

通过向Ag10CuZnSn低银钎料中添加微量的In元素和Ce元素,研究了In元素和Ce元素的复合添加对低银钎料的固相线温度液相线温度和铺展性能的影响,同时分析了两种合金元素对Ag10CuZnSn钎料的显微组织及钎焊接头力学性能的影响规律.结果表明,微量In元素和Ce元素的添加可以显著地降低Ag10CuZnSn低银钎料的固相线和液相线温度,同时可以提高Ag10CuZnSn钎料在T2紫铜和304不锈钢基板上的铺展面积,当In元素和Ce元素的质量分数分别为1.5%和0.15%时,钎料在T2紫铜和304不锈钢上的铺展面积分别提升了21.1%和35.7%. In元素和Ce元素可以改善低银钎料的显微组织,当In元素和Ce元素的质量分数分别为1.5%和0.15%时,Ag10CuZnSn低银钎料显微组织的细化作用最为明显,此时304不锈钢钎焊接头的抗剪强度也达到最大值,为375 MPa.然而,质量分数3%的In元素和质量分数0.5%的Ce元素会在Ag10CuZnSn钎料的显微组织中形成脆性的Ag-In-Sn金属间化合物相和Sn-Ce稀土相,钎焊接头的抗剪强度也有所降低.

航空航天难加工材料切削加工过程模拟与智能控制综述

随着航空航天关键构件服役性能要求的不断提升,高性能钛合金、镍基高温合金、高强度钢等难加工材料大量应用到航空发动机等重大装备。切削加工是高强韧难加工材料的重要加工方法,在加工过程中普遍存在切削力大、切削温度高、工具磨损严重和加工质量差的问题。针对当前航空航天难加工材料切削加工过程切削力、切削温度、工具磨损及表面质量的仿真技术与智能控制技术进行了系统性的总结和梳理,分析了当前研究存在的主要问题与关键挑战,对切削加工过程仿真模拟与控制技术的未来发展趋势进行了展望。

面向航空航天难加工材料磨削过程的模拟与智能控制

近年来,钛合金、高温合金、金属间化合物、高强度钢等难加工材料凭借优异性能广泛应用于航空航天领域关键构件。磨削作为难加工材料及关键构件精密制造的终加工方法,对制造质量与生产效率具有直接影响。然而,由于材料的难加工特性以及磨削过程的复杂性,导致磨削过程极易出现磨削力大、磨削温度高、砂轮磨损严重以及加工质量差等问题。本文针对航空航天难加工材料,以磨削加工过程模拟与智能控制技术为主线,总结了磨削过程力、温度、砂轮磨损及表面完整性等方面的研究进展和现存问题。最后,本文针对当前研究存在的主要问题,对未来磨削过程模拟与智能控制技术的发展趋势进行了展望。

超声振动辅助磨削马氏体不锈钢表面粗糙度研究

针对强韧性材料铣磨、小孔磨削等工艺中,因磨削速度低所引起的磨削表面粗糙度不易改善的问题,提出采用轴向超声振动辅助磨削工艺进行加工的方法。从几何层面对轴向超声振动辅助磨削表面创成进行理论分析,并对9Cr18马氏体不锈钢开展磨削试验,对比了轴向超声振动辅助磨削与普通磨削条件下的磨削表面粗糙度及表面形貌。结果表明,轴向超声振动辅助磨削可有效改善磨削表面粗糙度,且改善效果受磨削参数的影响,其中磨削速度对轴向超声振动效果影响最大,进给速度及磨削深度影响相对较小。磨削速度及磨削深度的增加对轴向超声振动效果具有弱化作用;增大进给速度,轴向超声振动效果略有增强。

涡轮盘榫槽加工技术现状与展望

针对航空发动机和燃气轮机高端动力装备涡轮盘榫槽,从机械加工(包括拉削、铣削、磨削)和特种加工(包括电火花线切割、电解线切割)两方面分析了加工技术的主要特点;从加工工具设计与应用、加工质量评价及控制等方面系统阐述了榫槽加工技术的发展现状,分析了国内外学者在该领域的重要研究成果,最后展望了榫槽加工技术的发展趋势。

正交车铣切削层几何形状的仿真与分析

针对现有正交车铣切削层几何形状仿真方法复杂及解析法无法明确其几何形状变化规律的问题,根据正交车铣的运动规律,结合NX 8.5软件提出了正交车铣切削层几何形状的仿真方法,并进行了试验验证和仿真分析。研究结果可为正交车铣切削力和加工振动的分析提供基础,并为正交车铣切削参数的优化提供指导。

车铣加工技术研究现状及展望

从表面形貌和粗糙度、切屑形貌和切削动力学等方面对车铣加工技术的研究现状进行详细论述,分析已有的车铣加工技术研究存在的主要问题,提出进一步提高车铣加工技术潜能的研究构想,为提高车铣加工的加工质量、加工效率和降低生产成本提供了参考。

型面约束下的真空钎焊金刚石工艺及其等高性分析

在真空炉中采用石墨阴模对金刚石进行适当约束的方法开展钎焊试验,实现了金刚石与钢基体之间的高强度连接及磨粒等高性的有效控制.采用SEM对钎焊试样和金刚石表面形貌进行观察,采用EDS对金刚石表面定点和微区成分进行分析,使用超景深三维显微镜对磨粒等高性进行测量.结果表明,液相Cu70Sn20Ti10钎料在毛细作用下可润湿包裹在石墨阴模上粘接的金刚石,且两者界面上形成TiC反应物,由此可获得钢基体对金刚石高的把持力.钎焊过程银胶不与金刚石发生反应,同时由于银胶能够始终保持对金刚石的粘接及约束作用,所以钎焊后的磨粒等高性好.

基于开放孔隙的钎焊CBN多孔砂轮研制与磨削加工性能

为解决钛合金磨削过程中存在的加工效率低、工具寿命短、加工表面质量差等问题,采用冷压成型和高温钎焊技术研制集孔隙率高、耐磨性好和自锐性能优异等特点于一体,基于开放孔隙的钎焊CBN多孔超硬磨料砂轮。完成该砂轮的开放孔隙结构设计与制备,开展钛合金磨削加工性能和磨损试验研究,分析磨削用量参数对钛合金加工性能的影响规律,揭示其自锐性能以及其对工件表面质量的影响。结果表明:当CBN砂轮孔隙尺寸和孔隙率分别为0.6~0.8 mm和40%时,砂轮工作层节块能获得较优的力学性能和较大的容屑空间;与磨削速度30 m/s相比,当磨削速度为80 m/s时,多孔CBN砂轮拥有更为稳定的磨削力比,处于1.5~2.2;随着累计材料去除体积的增大,砂轮表面动态有效磨刃数趋于一致,加工表面粗糙度快速降低并逐渐稳定。

超声振动辅助干式钻削SiC_f/SiC陶瓷基复合材料试验研究

针对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在干式钻削中的工具磨损快、加工效率低等问题,提出了一种基于有序排布钎焊金刚石套料钻的超声振动辅助干式钻削加工工艺。采用不同排布参数下的钎焊金刚石套料钻对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料进行超声振动辅助钻孔加工,通过对加工孔径的测量,研究钎焊金刚石套料钻磨粒排布参数对钻孔工具寿命和制孔精度的影响规律,分析工具不同位置处磨粒的磨损特征。结果表明:工具端面磨粒越多,工具使用寿命越长;工具侧边磨粒排布越长,列数越多,加工孔的孔径变化越小;距离工具端面越近处的磨粒磨损越大,主要以宏观破碎和磨耗平台为主,而距离工具端面较远处的磨粒磨损较小。

基于轴向旋转热管砂轮的钛合金成型磨削试验研究

针对钛合金等难加工材料成型磨削时存在的磨削弧区温度高、型面温度分布不均的问题,设计制作了轴向旋转热管成型砂轮。通过开展轴向旋转热管砂轮的钛合金成型磨削试验,探究了热流密度、充液率及砂轮转速各因素下热管砂轮对磨削弧区温度的控制效果,从而得到最佳磨削参数及热管砂轮最佳充液率,并在此条件下进一步开展磨削试验。对磨削后的工件表面质量进行了分析,发现轴向旋转热管砂轮能明显降低弧区温度,减小型面温差,并避免工件烧伤现象,这表明其在强化弧区换热、控制磨削温度上具有较大优势。

无偏置正交车铣切削层几何形状的解析模型和仿真

正交车铣是一种高效精密的加工方法,它的切削层直接影响切屑变形、切削力和颤振从而进一步影响刀具寿命和加工质量等。为了探究正交车铣切削层的形成过程,研究了无偏置正交车铣切削层的几何形状。在不考虑动力学影响的情况下分析了无偏置正交车铣切削层的运动原理和形成过程,建立了其切入/切出角、切削深度和切削厚度的解析模型。通过试验验证了该解析模型的正确性,并分析了切削参数对铣刀切削层的影响。研究结果表明:无偏置正交车铣切削层的形成可划分为两个阶段;实际切屑形状与切削层几何形状仿真结果较为一致;切削参数对切削层几何形状影响的程度从大到小依次为:对应于工件每转的刀具进给量fa、转速比λ和切削深度ap。所建解析模型和研究结果为探究正偏心正交车铣切削层的形成过程提供了理论指导,为切削层几何形状的变化提供了定量分析,并为切削力和颤振的研究提供了理论指导。

金刚石工具钎焊用连接材料研究进展

金刚石在已知材料中具有最高的硬度,特别适合切割和磨削玻璃、石材、陶瓷等硬质材料。自1954年首颗人造金刚石被成功合成以后,金刚石工具就迅速在汽车制造、机械工程、石油钻探、国防军工等领域推广应用。金刚石颗粒需要被固结在金属基体上,其制备方法主要有三类,分别为电镀、热压烧结和钎焊。相对于其他两种方法,钎焊法是利用钎焊材料作为连接介质,在更高温度下实现金刚石与金属基体的连接技术。钎焊金刚石工具金刚石颗粒出露度高、锋利度更好。金刚石表面具有很高的化学惰性。为了设计出性能优良的钎焊材料,研究者在金刚石与金属的交互作用方面开展了大量的研究,发现过渡金属原子3d电子轨道上空位的多少决定其与金刚石的交互作用行为,并据此将过渡金属元素分为三类,即无交互作用类、促进石墨化类和反应生成碳化物类。钛(Ti)、铬(Cr)、钒(V)、锆(Zr)等金属元素与金刚石的碳反应形成碳化物,能够实现金刚石颗粒的牢固连接,可作为金刚石工具钎料中的活性元素,但这些元素往往具有较高的熔点,高温钎焊易导致金刚石石墨化。为了降低钎料熔点,常常将上述金属组合使用。目前金刚石工具钎料主要有银铜钛基(Ag-Cu-Ti)、铜锡钛基(Cu-Sn-Ti)、镍铬基(Ni-Cr)等,三者的熔化温度以及强度和耐磨性能依次上升。近年来,研究者对三类钎料在金刚石钎焊过程中的作用进行了深入研究,发现活性元素通过反应润湿实现金刚石与金属的冶金结合,反应润湿过程存在元素复杂的交叉扩散,反应物种类、形貌、数量、分布等强烈依赖工艺条件,并且熔融钎料也通过热量传递和材料侵蚀造成金刚石表面损伤。为了减少金刚石的强度损失,在成分设计上,研究者优化了三类钎料活性元素含量,通过加入铟、磷、稀土等元素,或利用铜辊急冷的方法将钎料制备成非晶钎料,成功实现钎料降熔。随着激光钎焊等高效钎焊方法的应用,Ni-Cr钎料受到了很大的关注,但快速热循环条件下金刚石与钎料连接界面易开裂,目前的研究初步阐明了裂纹启裂、扩展行为,并认为其与金刚石和钎料热膨胀系数的失配有关,其强韧化机理仍有待深入探讨。本文首先介绍了金刚石微粒的焊接特性,阐述了钎焊金刚石工具用钎料设计的基本原理及其连接机理,然后着重综述了国内外在Ag-Cu-Ti、Cu-Sn-Ti、Ni-Cr等三大类钎料钎焊金刚石工具方面的研究现状,最后介绍了近年来出现的新型钎焊材料,指出了钎焊金刚石工具用钎料的现存问题和研究方向。

钛合金风扇叶片磨抛加工性能试验研究

针对钛合金风扇叶片磨抛加工中砂轮易磨损、工件表面易烧伤的问题,开展了钛合金材料磨抛加工性试验研究,主要考察砂轮选型、磨抛工艺参数等关键因素对钛合金材料磨抛加工性的影响,并对试验结果进行了分析研究。试验结果表明,在保证工件表面加工质量(R_a0.8μm,表面无烧伤)的前提下,普通磨料砂轮GC46L10V磨抛加工钛合金的材料去除率和磨抛比分别可达5000mm^3/min和2.5,超硬磨料陶瓷结合剂CBN砂轮磨抛加工钛合金的材料去除率和磨抛比分别可达2000mm^3/min和4。基于研究结果,针对钛合金风扇叶片开展了砂带磨抛加工验证试验,工件加工质量良好。

热力耦合下轴向旋转热管砂轮的强度分析

为研究高效成型磨削加工过程中轴向旋转热管砂轮(heat pipe grinding wheel,HPGW)的基体强度,且考虑到HPGW强化换热的特点,使用ANSYS workbench对热力耦合下的HPGW进行有限元分析。得到30000 r/min转速下,HPGW的最大等效应力为26.481 MPa,最大变形量为0.0148 mm,均符合许用要求。分别探讨不同磨削用量、基体材料和工件材料条件下,转速对最大等效应力和变形量的影响。结果表明:同一进给速度和切深下,随着转速提高,HPGW的最大等效应力先降后升,最大变形量则不断降低。基体材料为2Cr13的HPGW采用缓进深切工艺磨削钛合金,可以最大程度地减小砂轮的应力和变形量。本条件下的最佳工艺参数为砂轮转速n=10000 r/min、工件进给速度vw=80 mm/min和磨削切深ap=0.10 mm。

钎涂金刚石在盾构刀具再制造中的应用

采用感应钎焊的方法,在堆焊层上制备金刚石耐磨复合涂层。对涂层进行磨粒磨损实验,并通过体视显微镜、扫描电镜、能谱分析和磨损质量损失表征钎涂界面的组织和磨痕特征。结果表明:金刚石复合涂层形成良好,金刚石弥散分布在复合涂层中,钎料与堆焊层之间形成了约5μm的钎焊反应界面,并实现良好的冶金结合;在相同磨损实验条件下,堆焊层的质量损失为0.6012 g,钎涂金刚石再制造试件的质量损失为0.0871 g,约为堆焊层的14.5%。

高速超高速磨削用CFRP砂轮基体优化设计

介绍了高速超高速磨削用碳纤维增强复合材料CFRP (carbon fiber-reinforced polymer)基体砂轮的分析和设计。以降低磨削功率消耗,提高砂轮安全性能为主要目的,有限元分析比较了不同基体材料、截面形状及铺层方式对砂轮性能的影响,揭示了CFRP砂轮的性能优势。从砂轮气动特性和动态特性入手,优化设计了砂轮基体截面。并完成1种超高速磨削用CFRP砂轮基体设计。

热管砂轮换热性能试验研究

热管砂轮通过将环形热管与磨削工具砂轮相结合,利用环形热管的高导热性,达到降低磨削弧区温度,避免工件烧伤的目的。虽然已开展的研究已经充分验证了热管砂轮应用于难加工材料高效磨削时强化弧区换热的可行性,但对其换热机理和具体换热性能还有待更深层次的研究。通过对热管砂轮的换热性能开展试验研究,探究相关因素(砂轮转速、磨削弧区热流密度、充液率和冷端条件)对热管砂轮换热性能的影响,优化出热管砂轮的使用参数。

Co对多元碳化物复合熔覆层高温性能的影响

通过药芯焊丝电弧堆焊的方法制备出不同Co添加量的多元碳化物复合熔覆层,该熔覆层相组成为M7(C,B)3、M3(C,B)碳化物、马氏体及少量残余奥氏体(M=Cr、Fe、Mn、Co等),且随着Co添加量的增加,组织中奥氏体枝晶数量增加,尺寸亦有所增大。多元碳化物复合熔覆层经高温回火(600℃×4 h)后,初生M7(C,B)3碳化物及共晶M3(C,B)碳化物均未发现明显变化,而奥氏体颜色变为灰黑,随着Co添加量的增加,多元碳化物复合熔覆层的高温回火稳定性逐渐增加。此外,当Co添加量为6%时,多元碳化物复合熔覆层的高温耐磨性最佳,这与该多元复合熔覆层在高温下仍具有最高的硬度及良好的高温回火稳定性密切相关。

Investigation on the Grindability of CSS-42L Stainless Steel

Plunge grinding experiments were carried out on CSS-42L stainless steel with the white fused alumina wheel.The grinding forces were measured with variations in accumulated material removal volume.Then the morphological features of worn grinding wheel were analyzed by optical microscopy and the grinding temperatures were measured with a thermocouple.For comparison,C45 steel was ground under the same conditions.The results indicated that the grinding forces of CSS-42L were at least twice that of C45 steel.When the accumulated removal volume overcame 375mm^3,strong adhesion was found between the abrasives and workpiece CSS-42L.Nevertheless,adhesion was hardly found after 800mm^3 workpiece C45 steel was removed.In order to enhance the machining property of CSS-42L,a brazed CBN wheel was incorporated into the grinding of CSS-42L,and the grinding forces and temperatures were found significantly decreased,whose maximum decreasing amplitude was about 70%and 80%,respectively.