Multi-objective Optimization in the Milling of Titanium Alloys Using the MQL Technique

The process for face milling of (α+β) titanium alloy while using minimum quantity librication (MQL) as the cooling technique was optimized by using of the Taguchi method to improve characteristics.The cutting speed, feed rate, and depth of cut were optimized with consideration of multiple performance characteristics including tool life, volume removed and surface roughness. The experimental results show that the multiple performance characteristics can be simultaneously improved through this approach, and the feed rate is the most influential cutting parameter in the face milling of titanium alloys.

Optimization of Cutting Parameters for Face Milling Titanium Alloy Using MQL

When using MQL as a cooling technique, many parameters have to be adjusted. The Taguchi method was used in this study to investigate the cutting characteristics of face milling of titanium alloys using PVD-coated inserts. To find the optimal volume removed and surface roughness, an orthogonal array, the signal-to-noise (S/N) ratio and the analysis of variance (ANOVA) were employed. The optimum cutting parameters was obtained. Throughout this study, it was found that the feed rate is the most influencing cutting parameter in the face milling of titanium alloys.

刀具钝化方法对硬质合金铣刀加工钛合金切削性能的影响

随着切削技术的不断发展,刀具刃口钝化受到重视。为研究不同刀具刃口钝化方法对TC4钛合金铣削性能的影响,采用单因素法对TC4钛合金进行侧铣削试验分析。试验结果表明,刀具刃口钝化可以降低切削加工过程中的切削力和切削温度,提高加工工件表面质量;相比于旋转磨粒流钝化方法,立式旋转钝化方法会产生更大的切削力和切削温度;旋转磨粒流钝化方法能够更好地去除刀具刃口处微小缺陷,提高刀具刃口均匀性和加工表面质量。考虑实际生产需要,选用旋转磨粒流钝化方法能够更好地提高TC4钛合金的铣削性能。

响应曲面法优化钛合金TA19铣削参数的研究

通过多因素正交试验研究钛合金TA19最优的铣削参数,以降低加工试样表面粗糙度,提高钛合金加工精度和加工质量。采用响应曲面法,运用Design-Expert 8.0软件建立与钛合金TA19具有映射关系的表面粗糙度数学模型,研究了切削速度、切削深度、切削宽度、每齿进给量4个因素对加工试样表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:试样表面粗糙度随着切削速度的增大逐渐减小,随着每齿进给量、切削深度、切削宽度的增大逐渐增大;每齿进给量和切削深度对加工试样表面粗糙度的影响最大,切削深度和切削速度的交互作用对试样表面粗糙度的影响最为显著;最优的铣削参数为每齿进给量0.03 mm/z,切削速度133.39 m/min,切削深度0.37 mm,切削宽度1.88 mm。该研究为钛合金TA19铣削参数的优化选择提供一定的理论指导。

钛合金铣削表面粗糙度检测及多元预测模型研究

搭建铣削力与工件表面粗糙度铣削试验系统,设计正交试验方案,对难加工金属TC4钛合金进行铣削试验。利用三向力测力仪采集铣削力信号,用表面粗糙度测定仪测量工件表面粗糙度,并提取特征值。对特征值进行3种正态性检验。研究结果表明,特征值均不满足严格的正态分布。基于Spearman相关性分析,得到三向铣削力与表面粗糙度相关系数均介于0.7~0.8之间,属于极强相关,可以用于构建表面粗糙度预测模型。基于响应面法,分别以铣削工艺参数、铣削力及铣削工艺参数-铣削力组合为连续因子,以表面粗糙度为响应因子做响应面分析,建立了3种表面粗糙度预测模型。通过对模型参数、表面粗糙度拟合值与实测值的对比曲线及残差散点图的分析可知,铣削工艺参数-铣削力组合预测模型的预测精度最高,多元相关系数值为0.9173,修正的多元相关系数值为0.8552,远高于其他2种模型,可以较好地预测TC4钛合金的表面粗糙度,证明了采用多因子组合的方法提高模型精度的可行性,提供了一种可靠的提高钛合金铣削表面粗糙度预测精度的方法。

低温最小量润滑高速铣削钛合金的试验研究

基于复合制冷技术研制了一种低温最小量润滑供给装置,在低温最小量润滑(cryogenic minimum quantity lubrication,低温MQL)条件下进行高速铣削钛合金试验,研究了低温MQL对刀具与工件材料的摩擦接触状态、刀具磨损及已加工表面粗糙度的影响。将测量的铣削分力转化为切向铣削力和径向铣削力,以分析高速铣削时刀具与工件材料的摩擦接触状况。研究结果表明:低温MQL可使峰值径向铣削力减小27.6%～34.3%,有效地改善了刀具与工件材料的摩擦接触状态;降低低温MQL的温度有益于微量润滑油润滑功能的发挥并改善刀具与工件材料的摩擦接触状态,可延长刀具寿命,减小已加工表面粗糙度,但效果不明显;低温MQL的良好润滑作用可有效延长高速铣削钛合金时刀具的寿命。

航空钛合金Ti6Al4V的三维铣削加工有限元仿真

基于有限元技术的三维铣削仿真对于改善工艺参数、实现高效高质加工具有重要意义。以Ti6Al4V为工件材料,建立了接近实际铣削加工的有限元模型,成功模拟了切屑的形成过程,模拟的切屑形态与真实切屑形态相似;根据应力与温度分布云图对工件的应力场和温度场进行了分析;应用所建模型模拟了不同铣削速度时的3个方向切削力,分析了模拟结果,并进行了与模拟同样条件的测铣削力实验。通过对比切削力的模拟值与实验值,验证了铣削模型的正确性,此模型可用于优化铣削参数。

钛合金高速铣削加工的有限元模拟与分析

采用有限元法建立了更接近实际的铣刀结构模型及三维铣削模型,模拟了钛合金Ti6Al4V高速铣削切屑的形成过程,得到了铣削过程的温度分布云图,分析了切削过程中残余应力的分布,并提出了采用有限元仿真铣削工件表面的位移大小,把表面的轮廓算数平均偏差作为表面粗糙度评定参数的方法。结果表明:切屑区最高温度出现在距离刀尖0.01~0.03 mm的刀-屑接触处,当主轴转速为9 500 r/min时,温度有所下降。工件的残余应力在表层由拉应力迅速的转变为压应力,在100~200μm之间出现残余压应力的最大值。当主轴转速为9 500 r/min,每齿进给量为0.02 mm时,表面粗糙度取得最小值。

弧-圆三角孔型系统变形区参数数学模型的建立及应用

针对目前三辊轧机变形数学模型精度差的问题,使用数学解析法,得到了弧—圆三角孔型系统变形区参数的数学模型,包括接触弧长、接触宽度、接触面积、压下量以及轧后轧件尺寸参数。以TC4钛合金Ф19mm棒材为例进行了孔型设计,验证了所推导的数学模型。

高速铣削钛合金刀具磨损对表面粗糙度影响的研究

采用对比实验法,使用S30T硬质合金刀具对钛合金进行高速干式铣削,研究了在正常磨损阶段,主要铣削参数改变时刀具磨损对表面粗糙度的影响。结果表明:高速铣削钛合金时可得到较小的表面粗糙度值;铣削速度增加时,随刀具磨损的增大表面粗糙度值呈减小的趋势;铣削深度增大时,随刀具磨损的增大表面粗糙度值呈增大的趋势;每齿进给量增大时,随刀具磨损的增大表面粗糙度值呈先增大后趋向平稳的趋势。

田口-灰关联法应用于Inconel 718微放电铣削参数最佳化(英文)

应用田口-灰关联法对Inconel 718微放电铣削多重质量特性如电极消耗率、材料去除率和扩口量进行最佳化,分析放电电流、脉冲时间、休止时间和极间间隙对加工Inconel 718之电极消耗率、材料去除率和扩口量的影响。实验结果表明,以最佳微放电铣削参数进行加工,其电极消耗率由5.6×10-9mm3/min降低到5.2×10-9mm3/min,材料去除率由0.47×10-8mm3/min增加到1.68×10-8mm3/min,扩口量由1.27μm降低到1.19μm。研究结果显示,应用田口-灰关联法,可以改善微放电铣削多重质量特性。

航空钛合金高效插铣加工实验与多目标优化研究

钛合金整体叶盘是航空发动机的重要零部件,结构复杂,加工难度大。插铣加工因其轴向承受能力强和刚性大等特性,非常适合加工钛合金整体叶盘这类难加工、结构复杂的零部件。针对钛合金插铣加工效率的问题,采用响应曲面法设计插铣实验,建立切削力经验模型,以切削力和材料去除率为目标,采用NSGA-II算法进行多目标优化获得Pareto最优解。研究表明:切削力随主轴转速的增加而缓慢减小,随切削宽度、切削步距和每齿进给量的上升而增加;与实验初始参数组合相比,优化后的材料去除率提高了81.19%,而切削力减小了23.68%,达到了本研究的高效加工目标。

纳米磁性切削液下Ti6Al4V铣削机理及试验研究

针对钛合金切削加工面临的技术难题,提出一种新的Ti6Al4V加工冷却润滑介质即纳米磁性切削液,并设计了一种实验装置形成外界梯度磁场,使磁性液体持续进入切削区。这样就在金属新生表面形成边界膜,从而有效地改善切削部位的冷却和润滑效果,减少了摩擦。通过电流法分析了Ti6Al4V加工时采用一般切削液与纳米磁性切削液的铣削力情况。实验结果表明,在梯度磁场作用下使用纳米磁性切削液时,刀具与工件之间的铣削力较小并且较稳定。

钛合金铣削加工表面残余应力有限元仿真

为了分析铣削工艺参数对钛合金已加工表面残余应力的影响,根据金属切削有限元分析的相关理论,以钛合金Ti6Al4V为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。采用正交试验设计法对钛合金Ti6Al4V铣削仿真的工艺参数进行优化,并用极差法分析不同的铣削速度、铣削深度、铣削路径对钛合金Ti6Al4V工已加工表面残余应力的影响。研究表明:在钛合金Ti6Al4V铣削过程中,对工件已加工表面残余应力影响因素由小到大依次为:铣削深度<铣削路径<铣削速度,切削深度对已加工表面残余应力影响较小,铣削速度对已加工表面残余应力影响最大;在研究范围内,随着铣削速度的增大,已加工表面残余应力逐渐增加。

钛合金铣削加工中冷却润滑方式的作用效果研究

为了研究不同冷却润滑方式对钛合金铳削加工的影响,采用硬质合金刀具端面铳削方式在浇注式(WET)、干式(DRY)、微量润滑(MQL)、低温冷风(CA)及低温微量润滑(MQL-CA)条件下进行钛合金TC4切削试验,通过观测切屑颜色形态及测量切削力、表面粗糙度和刀具磨损衡量加工效果。结果表明,在金属去除率为1800mm3/min条件下进行连续26min的铳削加工后,MQL方式表面质量最好、表面质量稳定性最好、切削力最低、后刀面平均磨损长度及最大磨损长度均处于所有加工方式中的中间水平;CA方式表面质量最差、表面质量稳定性最差、切削力高于MQL及MQL-CA方式,低于DRY及WET方式,但其后刀面平均磨损量仅为0.008mm,最大磨损量为0.039mm,在所有加工方式中均为最小;MQL-CA方式表面质量及表面质量稳定性均处于5种方法的中间水平,切削力合力平均值仅高于MQL方式,低于其他方式。后刀面平均磨损长度为0.054mm,高于CA方式,略低于MQL方式。3种冷却润滑方式均优于传统浇注式切削及干切削,在钛合金铳削生产中可以推广应用,其中低温冷风切削更适用于粗加工,微量润滑切削更适用于精加工生产。

刀具几何参数对钛合金TB6切削力的影响研究

切削力是金属切削过程的重要物理参数之一,直接影响到工件质量、刀具寿命、机床功率消耗,是分析设计机床、刀具、夹具的重要因素。本文使用田口方法,以切削力为指标,对刀具几何参数中的前角、后角、螺旋角进行了分析优化。采用L9(34)正交试验表,设计了不同几何参数的刀具,对每组参数组合进行了切削试验,得到了在相同切削条件下的切削力。利用信号与干扰比分析、方差分析研究了不同几何参数对切削力的影响,获得了切削力最小情况下的刀具的最优几何参数组合。最后,使用优化后的几何参数实际验证了该方法的有效性。

液体磁性磨具光整加工TC4钛合金的试验研究

为解决TC4钛合金材料难加工问题,采用液体磁性磨具对TC4钛合金进行了表面加工试验。通过调整工艺参数,采用田口方法对TC4钛合金液体磁性磨具光整加工的工艺参数进行优化。采用单因素试验法,研究磨料类型、磨料粒径、工件转速和电流强度等工艺参数对液体磁性磨具光整加工TC4钛合金材料加工性能的影响,并总结各工艺参数对工件表面粗糙度的影响规律。根据信噪比的望大特性分析得出,在液体磁性磨具光整加工TC4钛合金材料的加工过程中,当使用2000目的白刚玉,主轴转速为500 r/min,电流强度为1.5 A加工时,工件表面粗糙度相对下降率%ΔRa达到了86.10%。液体磁性磨具光整加工TC4材料表面的最优工艺参数组合为:2000目的白刚玉,主轴转速为700 r/min,电流强度为2.0 A。同时得出各工艺参数对工件表面粗糙度相对下降率%ΔRa的影响大小依次为:磨料类型>磨料粒径>工件转速>电流强度。当采用2000目的白刚玉配置的磨料进行加工时,工件的表面粗糙度Ra达到了0.096μm。采用液体磁性磨具光整加工技术可以有效地降低TC4钛合金材料的表面粗糙度和提升其工件表面加工质量,显著改善了传统加工方式中存在的烧蚀和烧伤现象。

基于有限元法的钛合金铣削力预测模型研究

利用ABAQUS对钛合金材料铣削过程进行有限元分析,得到铣削力数据。在相同工艺参数条件下进行钛合金铣削试验,通过仿真切削力与试验测得切削力对比,验证了有限元模型的准确性。以每齿进给量为单因素变量,得到了不同每齿进给量下的铣削力,为钛合金铣削加工中工艺参数的选择提供参考。

钛合金化铣含氟废水处理技术研究

航空业钛合金化铣使用高浓度的氢氟酸,导致高浓度的含氟废水的产生;本文论述了含氟废水处理的常见方法。并针对某航空企业特定的含氟废水,选择设计出航空业含氟废水处理工艺及装置,装置运行结果表明:处理后水质达到国家排放标准。

TC4钛合金条形零件铣削加工表面残余应力测试与分析

航空钛合金零件在铣削加工时表面会产生残余应力层,不仅影响零件的尺寸精度,还严重影响零件的疲劳性能。因此,研究航空钛合金零件铣削加工表面的残余应力分布与变化十分必要。以TC4钛合金条形零件为研究对象,采用化铣剥层法,测试并分析不同铣削用量条件下已加工表面残余应力的分布与变化规律。研究结果表明,TC4钛合金条形零件已加工表面层的残余应力沿层深方向逐渐由压应力变为拉应力;随着切削速度和每齿进给量的提高,残余应力值均相应降低;而随着径向切深的增大,残余压应力值则相应增加。