工艺系统刚度控制钛合金薄壁件变形的研究

钛合金原材料加工形成的薄壁结构零部件是航空、航天领域的典型零件,其应用十分广泛。本文以目前航空航天领域常用的TC4钛合金原材料作为研究对象,从工件刚度、刀具刚度、设备刚度等3个方面,采用理论分析与试验验证相结合的方法,研究工艺系统刚度对控制钛合金薄壁件变形的影响。研究结果表明,增加辅助支撑、提高刀具和设备的刚度都可以有效地控制钛合金薄壁件的变形。

钛合金薄壁件超声椭圆振动铣削研究

针对航空领域中钛合金薄壁件在铣削过程中存在切削力大、加工精度低等问题,提出了超声椭圆振动铣削方法进行钛合金薄壁件的加工。超声椭圆振动铣削时,刀尖的特殊运动轨迹使刀尖具有高线速度特性和高频断续切削特性,平均切削力大为降低,从而增强了铣刀的切削能力,提高了切削加工精度。利用自制的超声铣削刀柄系统,对钛合金试件进行铣削实验,结果表明与普通铣削相比,超声椭圆振动铣削的切削力可降低达50%,零件的形位精度得到了显著提高。

基于有限元仿真的钛合金薄壁件铣削参数优化

钛合金薄壁件铣削过程中,铣削参数对铣削力、铣削温度及加工质量等有显著影响。为了通过优化铣削参数来得到较好的加工效果,利用ABAQUS软件建立了圆弧形钛合金薄壁件铣削过程有限元仿真模型,通过仿真结果得到了不同铣削参数下的应力场和温度场的变化情况;结合正交试验与多目标遗传算法对铣削参数进行优化求解;对优化后的铣削参数与经验铣削参数进行对比实验,结果显示,优化后铣削参数具有更好的切削效果。本文研究结果对钛合金薄壁件铣削参数的取值具有重要意义。

金刚石刀具精密切削钛合金薄壁件试验研究

为满足航空发动机的减重、提高零部件的加工质量和对性能的要求,采用试验的方法,对航空用钛合金薄壁件进行精密切削加工研究,主要以表面加工质量为研究对象,并以其为约束,以提高效率为目的对切削参数进行优化,得到了较为可行的加工参数,并对表面粗糙度的变化规律进行分析研究,同时分析了金刚石刀具在精密切削钛合金薄壁件加工中,刀具磨损初期、中期和后期的磨损形式和成因,研究为实际型号钛合金薄壁零件的加工提供了一种改进加工工艺技术的方法。

激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件变形与残余应力

增材制造(3-D打印)作为一种近净成形技术,为钛合金薄壁件高质量毛坯制造提供了新途径,但在薄壁件成形过程中产生的变形与残余应力会影响试件的成形质量与后续加工。为了解决这一问题,采用激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件,研究了激光功率、扫描速率、薄壁厚度和扫描路径方向对试件变形与残余应力的影响,测量了试件不同深度的表面残余应力。结果表明,变形主要在薄壁件顶层两侧,最大残余应力主要分布在试件底层与薄壁件中间;当激光功率为180W、扫描速率为1200mm/s时,试件变形最小;当壁厚为0.6mm、扫描路径方向45°时,试件残余应力最小;薄壁件的未处理表面残余应力大于内层表面残余应力。该研究为钛合金薄壁高质量毛坯制造提供了技术帮助。

钻削TC4钛合金薄壁件时钻削力的仿真研究

为提高钛合金TC4的可钻削性、减小对刀具的磨损,利用有限元分析软件ABAQUS对TC4钛合金薄壁件钻削加工过程进行动态仿真,获得钻削加工过程中钻削力的变化特征以及钻削参数对钻削力的影响规律,并分析应力的分布规律。仿真结果表明:在钻削厚度小于钻尖高度的薄壁件时,在钻头主切削刃与副切削刃的交点切入工件时钻削轴向力和扭矩达到最大;钻削轴向力和扭矩随着主轴转速和进给量的增大而增大,且转速和进给量越大,这种变化越明显;钻削时的最大应力分布在横刃和主切削刃与工件的接触部位。

钛合金薄壁件高速超声椭圆振动铣削机理和试验

针对航空领域中钛合金薄壁件在铣削过程中存在加工精度差、加工效率低等问题,提出了钛合金薄壁件高速超声椭圆振动铣削的方法。首先,在铣削加工中引入高速超声振动切削理念,使切削刀具刀尖附加椭圆振动进行超声频断续切削,可改善加工质量且突破了超声振动加工对临界速度的限制。然后,分析了该方法的分离原理,采用独立研制的超声椭圆振动铣削刀柄装置针对钛合金薄壁件进行了切削试验。试验结果显示,高速超声椭圆振动铣削相较于普通铣削,切削力降低20%~30%,且已加工表面让刀量降幅20%~30%,表面缺陷减少,表面粗糙度降低。

星载复杂结构钛合金薄壁件超声振动切削研究

为了实现轻量化设计,航天器常采用复杂结构钛合金薄壁件作为承载、连接和定位元件,但是这类零件在切削过程中容易产生刀具磨损和变形,导致加工精度低,难以满足工作要求。基于钛合金薄壁件切削特性研究,采用超声振动金刚石车削方式控制切削力、装夹力引起的加工变形和残余应力,通过在线补偿修正刀具磨损误差;对壁厚(3~5)mm的典型星载钛合金薄壁件进行椭圆形超声振动切削,尺寸精度达到5μm,圆度误差为2.83μm,满足加工精度和稳定性要求。

切削三要素对钛合金薄壁件变形的影响试验研究

针对钛合金薄壁件结构难加工、在加工过程中容易出现变形乃至超差,继而无法控制零件质量的情况。以TC4为研究对象,理论分析加工过程中所受的切削力与切削要素之间的关系,通过仿真分析得到理论数据,再进行实验验证,最终得出影响钛合金薄壁件车削变形最小的切削参数。同时,也对控制钛合金薄壁件在车削过程的受力变形提供有效的解决方案。

钛合金薄壁件的车削加工研究

传统的钛合金车削加工因其切削速度低,刀具耐用度低,加工质量难于控制,导致加工效率低。本文通过优选刀具材料、刀具几何参数、切削参数及选择合适的工艺路线和装夹方式,解决了钛合金薄壁件加工问题。

超低温冷却对钛合金薄壁件切削形变作用仿真研究

在钛合金薄壁件铣削过程中,由于热—力耦合作用导致加工负载大、升温快,因此将液氮作为冷却介质应用于钛合金薄壁件的铣削。为了探究不同温度下钛合金薄壁件铣削变形的特性,基于ABAQUS软件建立有限元仿真模型,并将温度设定为20℃和-196℃,观察不同铣削参数下工件变形量的变化情况,将两种数据进行对比分析。研究结果表明:钛合金薄壁件在铣削过程中,相较于常温,低温可以减小工件的变形量。由此可得,低温可以优化钛合金薄壁件铣削的加工过程。

钛合金薄壁筒形件热强旋宏微观成形规律研究进展

钛合金薄壁筒形件是航空航天等重要领域迫切需要的高性能轻量化构件,强力旋压成形技术是实现该类构件整体化高性能精确成形的一种有效途径。然而,钛合金筒形件强旋是多场耦合、多参数作用下的多道次热成形过程,变形过程中极易产生隆起、喇叭口和破裂等宏观缺陷,且会诱发复杂的组织演化,改变组织形态与特征参数,进而影响筒形件的力学性能。为此,国内外学者针对钛合金薄壁筒形件热强旋宏微观成形规律开展了大量研究。本文从旋压变形规律与宏观缺陷的控制、强力旋压损伤破裂预测、钛合金筒形件热强旋的微观组织性能演变特征等方面综述了相关研究工作,最后总结了钛合金筒形件热强旋成形仍面临的关键难题与挑战。本文对认识和发展钛合金薄壁筒形件精确成形成性一体化制造技术具有重要指导意义和参考价值。

基于混沌粒子群算法的钛合金薄壁筋铣削变形优化

针对薄壁筋受铣削力影响易变形的问题,提出一种基于薄壳划分和周期性施加铣削负载的变形仿真方法,通过仿真和试验两方面对比研究,分析了薄壁筋的变形过程并得出其变形规律。为了解决标准粒子群算法在优化铣削参数时容易陷入局部最优解的问题,提出一种基于变异算子与自适应动态惯性权重的改进混沌粒子群算法,并以变形量为约束,铣削力最小为目标优化了铣削参数。结果表明:改进后的混沌粒子算法在全局搜索能力和计算速度方面相比粒子群算法显著提高,试验证明采用优化后的铣削参数组合可有效减小薄壁筋的变形。

航空发动机钛合金薄壁回转件车削工艺研究

本文主要介绍了结合钛合金零件加工技术发展的概况,钛合金在航空工业上用途,根据钛合金的材料特性及切削特点,变形系数小,刀尖应力大等内容,分析钛合金薄壁回转件车削加工特点,并针对其制定出改善钛合金零件切削加工性的改善措施.

TC4薄壁件热处理过程形状尺寸变化数值预报

建立了钛合金薄壁件加热冷却过程中温度场和应力场的数学模型,利用ANSYS软件实现了对钛合金筒形件加热冷却过程中形状尺寸变化及残余应力的预报.结果表明:钛合金筒形件随炉升温至1050℃,保温700s后淬火至25℃,直径方向最大相对变形为+1.057%;上下边缘处单元应力状态为张应力,此处的残余应力为389MPa;淬火过程中工件心部和外表面最大温差为150℃.

钛合金超声椭圆振动铣削参数对切削力的影响

钛合金航空薄壁结构件在铣削过程中受力形式复杂,切削力较大。超声椭圆振动切削的特点是切削刀具的刀尖按椭圆轨迹运动,进行高频间歇性切削,有助于降低切削力。铣削时改变切削参数将对切削力产生不同影响。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置,针对钛合金薄壁件进行实验,结果表明:相较于普通铣削,随着每齿进给量的增大,超声椭圆振动铣削均可减小钛合金薄壁件在铣削加工过程中的切削力,降幅可达35%以上。

TA15钛合金薄壁焊接件热处理校形研究

针对飞机关键薄壁件焊接过程中产生的"簸箕"变形问题,采用有限元结合实验验证的方法进行了焊接变形及焊后热处理校形的研究.通过实验获得了材料的基础物性及高温蠕变行为,验证了焊接及焊后热处理有限元模型.利用可靠的热处理有限元模型进行了热处理工艺优化.结果表明,筋条焊后开槽导致沿筋条方向的应力释放及筋条-长衍焊点是导致"簸箕"变形的主要原因;升高温度、增加载荷及延长保温时间能够改善热处理校形的效果,并据此制定了面向工程应用的TA15钛合金薄壁构件的热处理工艺图.