钛合金材料超声滚压加工的仿真分析与实验研究

采用普通滚压加工工艺对钛合金材料进行加工时,存在因低频冲击造成的工件残余应力分布不均匀和表面硬度低等问题,为此,开展了钛合金材料超声振动滚压工艺仿真及实验研究。首先,从理论层面分析了超声滚压加工的运动学及动力学特性,找出了影响超声滚压加工性能的相关因素;然后,采用ABAQUS有限元软件建立了钛合金材料的仿真模型,分析了超声滚压对残余应力的影响及强化机理;最后,设计了钛合金工件的超声滚压实验,研究了不同参数指标对工件加工质量的影响,并根据实验结果对仿真模型和残余应力结果进行了验证。研究结果表明:随着静载荷和超声振幅的增加,工件表面残余应力分布相对均匀且趋于平稳,表面粗糙度呈现先降低后增加的趋势,表面硬度随强化层深度的增加逐渐降低;在振幅为20μm时,工件表面质量和性能相对较好,此时残余应力均值为849 MPa,表面粗糙度均值为0.1μm。该实验结果与仿真分析结果一致,验证了所建模型的可靠性,可为滚压制造工艺参数的选取提供参考。

高硬难加工材料微量润滑磨削的温度场仿真研究

智能制造背景下,材料科学的发展与关键核心零件精密能级的提高,尤其是新兴高硬材料的广泛应用,对磨削精密加工提出新的挑战。磨削接触区的高温是束缚磨削高精度加工的核心要素。与此同时,降本增效、绿色环保加工的提出,推进了微量润滑技术在磨削加工领域的应用。本文结合磨削热生成机理与磨削表面强化换热机理,构建三维瞬态磨削温度场数学模型与数值仿真模型,开展高硬难加工材料微量润滑磨削的温度场仿真研究,为高硬难加工材料微量润滑绿色磨削冷却方法的应用和推广提供理论基础。

高硬难加工材料微量润滑磨削测温实验方案研究

伴随高端装备制造对高硬难加工材料应用与关键核心零件精密能级提升的要求,微量润滑磨削技术应用越来越广泛。然而,高磨削比能所引发的磨削区高温,是束缚工件加工质量与精度的重要因素。为此,针对磨削区的温度场分析与测温实验研究备受关注,尤其是高硬新材料与绿色加工新技术的发展与应用。本文结合磨削区温度分布规律理论分析,梳理磨削温度测量技术方法;针对适用高硬难加工材料微量润滑磨削的可磨式半人工热电偶测温装置进行优化设计。提出电火花微孔加工、穿丝嵌装、涂覆绝缘层等优化方案,解决原有测温装置所存在的绝缘层云母片装夹易破碎、热电偶结点厚度难控制、实验工件结构受损改变热传导等问题对测温精度的影响。

硬脆材料旋转超声加工技术的研究现状及展望

旋转超声加工是一种复合特种加工技术,它复合了传统超声加工和普通磨削加工的材料去除方式,在提高硬脆材料去除效率、减小切削力、提高加工精度和表面完整性等方面具有显著优势。自旋转超声加工技术发明至今,国内外学者开展了大量的有关旋转超声加工装备及工艺的研究工作,并且已在几乎所有主要的硬脆难加工材料中得到实际应用。本研究在简要概述旋转超声加工技术的基本原理和发展过程基础上,总结国内外学者在材料去除机理、工艺特性、加工新形式以及装备研发等几方面的主要研究成果,并对旋转超声加工技术的发展趋势及值得关注的问题进行展望。

(Ti,Al)N涂层硬质合金刀具高速铣削30CrNi4MoV钢时的磨损机理

使用(Ti,Al)N涂层硬质合金刀具,对难加工材料中的超高强度合金钢(硬度>50HRc、抗拉强度σb>1.6GPa)在切削速度118～236m/min范围内,进行了干式高速端面铣削系统试验。借助能谱探针与电子扫描显微镜(SEM)等工具,选择刀具寿命作为刀具切削性能的评价指标,对硬质合金刀具前、后刀面的磨损形态、磨损机理以及刀具的切削性能进行了分析与研究。研究结果表明,高速切削超高强度合金钢条件下,(Ti,Al)N涂层刀具的失效形式为:前、后刀面磨损失效和发生在主切削刃上的涂层脱落和微崩刃,其主要磨损机理为高温条件下粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损的综合作用。

难加工材料高效精密磨削技术研究进展

针对难加工材料特点,分析了典型难加工材料的磨削特性,综述了缓进给磨削、精密超精密磨削在难加工材料磨削加工领域的国内外研究进展。介绍了高效深磨技术的原理及其在难加工材料磨削中的应用现状,指出高效深磨技术能够实现对难加工材料的优质而高效的加工,具有广泛的应用前景,并指出了高效深磨技术应用于难加工材料磨削加工的进一步研究方向。

难加工材料铣削残余应力研究进展

镍基高温合金、钛合金等材料具有良好的高温强度、耐热性和耐腐蚀性等优异性能,已广泛应用于航空航天领域,然而这些材料属于典型的难加工材料,其相对切削加工性能很差,且已加工表面易产生显著残余拉应力,严重影响零部件使用寿命及性能。通过适当的方法调整和控制已加工表面的残余压应力,可以明显提高零件疲劳强度和耐腐蚀性。压应力制造技术是指以获得残余压应力为目标的制造技术,是一种典型的抗疲劳方法。将超声技术与其他加工方法复合实现残余压应力的主动控制,是目前抗疲劳制造技术的主要方法之一。然而,由于受超声加工的临界速度限制,超声与高速复合加工的研究相对较少,但两者均是目前压应力制造领域高度关切的先进加工方法,如果两者能有效复合,必将使核心部件制造在保证更加优良的抗疲劳性能的同时,获取更高的效率。通过分析铣削加工、高速加工以及超声振动加工中残余应力的研究现状,提出可将高速加工和超声振动加工相结合,从而实现难加工材料的高效压应力制造。

难加工材料锯切技术的研究

合金钢、钛合金和高温合金等难加工材料具有切削抗力大、切削温度高和粘刀现象严重等特点。与普通碳钢相比,难加工材料对锯切提出了较高的技术要求。进行难加工材料锯切技术的相关研究可起到节约资源和提高难加工材料的锯切效率、工件精度,降低锯条损耗的作用。

难加工材料高速切削过程中切削力的非线性特征规律析因研究

综合应用析因试验设计与拉丁超立方抽样试验设计,对难加工材料马氏体不锈钢进行了高速铣削试验。在分析其切削力的非线性特征规律基础上,建立了高速切削难加工材料工艺中切削力与背吃刀量、每齿进给量和切削速度之间的非线性数学模型。试验结果表明,高速切削难加工材料时,背吃刀量和每齿进给量之间的交互作用对切削力有显著影响;切削力与切削用量间确实存在非线性特征规律;切削用量对切削力的影响效应随切削用量的变化而发生改变。

高效加工技术及其在重型切削中的应用

针对难加工材料和复杂结构零件高效加工技术的研究成果和应用现状进行阐述,从高速切削和复合加工等方面,对高效加工应用和加工理论进行分析;以重型切削典型零件核电蒸发器大型水室封头为研究对象,根据其结构特点、材料特性和重型切削技术,分析其难加工性;最后结合高效加工技术,从加工工艺、加工刀具和加工机床等方面提出水室封头的重型高效加工技术。

难加工材料精密切削技术研究

随着材料科学和先进制造技术的发展,难加工材料以其优良的物理机械性能在现代高技术行业的诸多领域得到越来越广泛的应用。针对难加工材料的结构特点,分析了难加工材料的切削加工特性,综述了硬切削加工、超声辅助切削加工、激光加热辅助切削加工及热超声辅助切削加工的国内外研究进展,并指出了精密切削应用于难加工材料切削加工时存在的问题及进一步的研究方向。

类金刚石纤维砂轮的开发及其磨削特性

为了获得高精度加工表面,最近磨具市场上有一种Al2O3纤维砂轮问世。该砂轮克服了磨粒砂轮中磨粒易于脱落的缺点,但其硬度仍受到一定限制。近十年来,由于类金刚石薄膜具有接近金刚石的硬度、高耐磨性和很低的摩擦系数等优良的机械、物理、化学和光电特性,因而被广泛地应用于精密零部件和涂附刃具的制造。如果能将类金刚石薄膜形成类金刚石纤维,然后将其代替Al2O3纤维作为磨料,就可以满足纤维砂轮的硬度要求。因此,1999年以来,日本山口胜美教授和中国魏源迁教授成功地将类金刚石纤维植入基体并与树脂结合剂结合,开发了一种类金刚石纤维砂轮。该砂轮中的类金刚石纤维按同一方向排列且与砂轮磨削面相垂直,纤维的端部可用作为切削刃。为了考察这种新型砂轮的磨削特性,本文作者对难加工材料如模具钢SKD11及硬脆材料如硅片、光学玻璃、石英和大理石进行了大量的磨削试验。试验结果表明能获得纳米级加工表面,例如被磨硅片和模具钢的表面粗糙度分别为Ra2nm(Ry15nm)和Ra2nm(Ry23nm)。

超声珩磨难加工材料精密表面的高效特性研究

建立高效超声珩磨加工的理论模型，分析起声珩磨高效切除材料的机理。试验验证了理论模型，表明超声珩磨方法对于难加工材料是一种精密高效的加工方法。

难加工材料高速切削

介绍了刀具陶瓷的发展、性能、切削特点，以及对提高切削加工技术的作用。重点分析了陶瓷刀具在切削淬火钢和镍基高温合金中有关切削力、切削温度、刀具磨损等方面的机理。研究表明陶瓷刀具可用于淬火钢和镍基合金的高速切削。

高效低损伤高速波动式超声加工技术进展

在航空制造领域,高温合金、钛合金、复合材料等难加工材料高效低损伤加工一直是制约行业产能的瓶颈问题。随着我国制造业的不断升级,智能制造、先进数控、先进刀具、先进冷却等前沿技术已在难加工材料加工方面得到了广泛应用,然而传统连续切削模式下难加工合金切削线速度仍未能得到实质性突破,限制了其产能的进一步提升。近年来,出现了高速波动式超声加工技术,该技术将传统连续切削模式升级为高速断续切削模式,不仅打破了传统振动切削技术的加工速度限,而且实现了难加工合金材料降力降热高速精细加工,大幅提升了其加工精度、表面完整性和加工效率。在简要概述高速波动式超声加工的提出背景和基本原理基础上,重点介绍了高速波动式超声加工技术在车削、铣削、制孔3方面的工艺原理、工艺效果和应用进展。最后,对高速波动式超声加工技术的工艺适应性优化和应用前景优势进行了展望。

高速铣削高强度钢时切削力影响因素析因与偏回归研究

研究了一定范围内高速端面铣削某新型高强度钢材料(>HRC42,抗拉强度σb>1.2GPa)过程中切削力的变化规律,并从切削变形机理上进行讨论与分析。通过L8(23)析因分析与偏回归分析,考察切削用量对铣削力的交互影响规律,使用残差分析与最小二乘法等统计方法,建立切削力与切削用量经验公式。

高性能零件的性能与几何参数一体化精密加工方法与技术

随着高端装备和产品的不断发展,对装备和产品制造的性能要求也越来越多和越来越高,涌现出一大批高性能指标要求的关键零部件,其加工已由以往的单纯几何形状和尺寸精度要求,跃升为以性能要求为主、性能与几何参数一体化的精密加工要求。这些高性能零件多呈精密复杂曲面、超高精度,以及材料超硬、超脆、超黏等难加工特征,其性能受几何、材料等多因素耦合作用,采用传统工艺进行精密加工制造十分困难,存在废品率高、加工效率低,特别是性能指标难以保证等难题。从高端制造装备业的需求出发,提出并阐明了高性能零件的特点、分类以及数字化可控去除加工方式的内涵,在此基础上指出了四类高性能零件精密加工所涉及的关键问题,并着重介绍了这些问题的研究现状、存在的难点和可行的解决方案,为面向高性能要求的性能与几何参数一体化的加工理论、方法和工艺技术体系的建立提供参考,以解决高性能零件的精密制造难题。

难加工材料航空零件的高效加工策略

为了提高难加工材料航空零件的加工效率,通过加工试验,从夹具、刀柄、刀具材料、切削参数和加工编程等方面系统地研究了典型航空零件的高效加工策略。

高速铣削难加工材料切削力建模及预测研究

针对高速加工的特点和难加工材料的组成成分、力学性能,对高速铣削难加工材料(26NiCrMoV145)的切削力进行了研究。在球头铣刀刀刃线的几何模型的基础上,采用理论分析和系数的方法,建立了螺旋刃球头铣刀的铣削力模型。对不同切削条件下的铣削力进行了仿真预测,与实验数据相吻合,证明所建立模型的正确性。