Improvement and Experiment of the Reamer in Vibra Cutter Against Wave Edge of Titanium Sheet Alloy Parts

By analyzing the influencing factors of part quality making of sheet alloy of titanium by vibra cutter, the shape of upper reamer is set as cylinder and wedge-shaped form, and the lower reamer as plain and hemicycle form, and its main structural parameters are defined as well. Then it is validated further that such improved vibra cutter reamer can be used to process curve-edged parts of titanium alloy sheet. The experimental result shows that the titanium alloy sheet parts processed by above equipment have no sharpen angles for convex parts and evident crevasse of concave-edged part. In summary, such improvement can eliminate the free-waved edge and improve the manufacture quality of titanium alloy sheet parts greatly.

基于数值模拟的钛合金锥形件激光辅助铲旋成形研究

针对中部带法兰锥形件采用传统“锻造+机加工”制备时材料利用率低、强度及韧性不足的问题,提出采用激光辅助铲旋成形工艺来实现钛合金中部带法兰锥形件的完整近净成形。根据铲旋成形原理,选取合适的激光热源模型,并基于Simufact Forming软件平台建立激光辅助铲旋有限元模型,研究了铲旋成形过程中的中部法兰变形区温度、变形行为及等效塑性应力和等效塑性应变分布规律。结果表明,采用坯料整体预热+激光辅助补热的方式,可实现坯料基体表层温度高、内层温度低,既有利于表面金属材料铲旋成形出法兰,又可避免锥壁翘起;铲旋成形时变形区材料轴向流动较多,径向流动较少,法兰形状呈“倒水滴”状;旋轮接触区等效塑性应力值较大,但法兰主体部分等效塑性应力值较小且分布均匀;基体主要变形区等效塑性应变值最大,达9~11,沿厚度方向逐渐减小,具有局部大塑性变形且变形不均匀的特点。

超声速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层对TC11钛合金耐磨性和耐蚀性的影响

采用超声速火焰喷涂(HVOF)工艺,在随钻仪器零件常用材料TC11钛合金表面制备金属陶瓷涂层WC-10Co4Cr,利用冲击试验机测量喷涂前后钛合金的冲击韧性,使用磨粒磨损试验机测定涂层的耐磨性,采用电化学测试分析涂层的耐蚀性。结果表明:HVOF工艺对TC11钛合金的组织和性能影响较小,与未喷涂的钛合金相比,界面处基体的显微组织和显微硬度没有明显变化,冲击韧性稍有提高;HVOF工艺稳定可靠,涂层呈片层结构,致密度高,涂层的孔隙率为2.55%,硬度达到1400 HV,涂层主要由WC和W2C相组成,其与基体结合良好,为机械结合;金属陶瓷涂层能够显著改善钛合金的耐磨性和耐蚀性,喷涂涂层钛合金的磨损量是未喷涂钛合金的1.56%,喷涂涂层钛合金的磨损机制是磨粒磨损,未喷涂涂层钛合金磨损机制是磨粒磨损+黏着磨损。

钛合金薄壁件铣削加工的颤振监测方法研究

钛合金薄壁件在铣削加工过程中的动态特性相对复杂,易出现颤振现象,严重影响铣削加工的质量和效率。为满足钛合金薄壁件的高效、高精度铣削加工,提出一种考虑加工动态特性的颤振识别方法,利用粒子群算法(ParticleSwarmOptimization,PSO)来优化变分模态分解(VariationalModeDecomposition,VMD)参数,实现对颤振现象的有效监测。最后利用仿真实验,证实所提出的检测方法具有科学性和有效性。

TA1钛合金药型罩剪切旋压成形塑性变形规律的数值模拟研究

目的TA1钛合金作为药型罩材料,具有提高穿深和侵彻孔径的优异表现,但其剪切旋压成形过程中塑性变形规律复杂且难于控制,以期通过有限元数值计算解析多工艺参数的协同作用。方法建立了TA1薄壁锥形件结构旋压加工过程的三维非线性热-力耦合有限元模型,研究了TA1从圆形板坯到锥形件旋压全过程的金属塑性变形行为、应力及应变的变化。采用正交实验分析了旋轮进给速率、芯轴转速与板坯厚度对成形过程的旋压力以及成形样件的内径偏差和壁厚偏差的影响规律。结果结果表明,锥形件侧壁的塑性应变沿母线方向逐渐减小,最大应变值出现在靠近锥形件顶部的小端面位置。旋压载荷随旋轮进给速率与板坯厚度增加而增加,随芯轴转速增加而减小。内径偏差随进给速率与板坯厚度的增加而减小,与芯轴转速的相关性较小。壁厚偏差随进给速率的增加先减小后增大,随芯轴转速与板坯厚度的增加而减小。结论基于数值模拟结果,获得TA1薄壁锥形件的优化工艺参数为:旋轮进给速率300mm/min,芯轴转速260r/min,板坯初始厚度4mm。开展了TA1钛合金剪切旋压成形实验,所得锥形件尺寸与模型计算结果一致,验证了模型的准确性。

大型复杂钛合金薄壁件精铸成型技术

钛合金因其高比强度和优良的耐腐蚀性,在航空航天等领域得到了广泛应用。阐述了大型复杂钛合金薄壁件的重要性,介绍了精铸成型技术的原理及在实际应用中存在的问题,对熔模铸造工艺流程、技术特点、精度与复杂度的平衡、材料性能与工艺控制、缺陷控制与质量保证等方面进行了深入分析,为进一步研究提供参考。

TC4钛合金薄壁件低温铣削变形研究

钛合金薄壁件刚性差、导热系数小,在加工过程中易产生回弹变形,直接影响其加工精度和性能。基于冰固持铣削实验和ABAQUS软件二维铣削及回弹变形有限元仿真,在温度区间[20℃,-80℃]内研究了工件温度、刀具角度和装夹方式对TC4钛合金薄壁件回弹变形的影响规律,得到不同条件下变形量、残余应力、切削力和刀具温度变化曲线。结果表明:铣削与回弹仿真可以有效预测实际加工。当工件温度从20℃降到-8℃时,TC4钛合金薄壁件的回弹变形量和残余应力分别减小了5.97%和48.61%,切削力在整个温度阶段增长了4%。当刀具角度为9°时,工件变形量最大;当刀具角度从3°增大到15°时,切削力和刀具温度分别下降了14.6%和27%。与点接触相比,面接触能够有效抑制工件变形。

国内外船用钛合金及其应用

钛合金因其良好的耐蚀性、可焊性以及高比强度等优点在舰船和海洋工程中得到广泛应用。船用钛合金的设计应遵从Al当量和Mo当量匹配的原则,以保证其具有良好的抗应力腐蚀性能和焊接性能。俄罗斯、美国、中国相继建立了自己的船用钛合金体系,并在船上管路系统、管路配套体系、结构件、推进器和深潜器中广泛应用。针对船用钛合金在使用过程中出现的缝隙腐蚀、电偶腐蚀和大型结构件焊接问题,提出了相应的保护措施及解决方法。此外,针对中国船用钛合金在应用中存在的不足,指出了中国船用钛合金深入研究和发展的方向。

复杂形状钛合金热成形零件工艺仿真及参数优化研究

文章针对某型飞机复杂形状钛合金唇口零件的热成形工艺仿真,提出适当的简化假设,将热成形过程近似为普通冲压,使冲压分析数值模型方便应用于热成形分析中。以eta/DYNAFORM为平台,对TC2钛合金唇口零件的热成形过程进行了数值分析,通过模面设计、毛料形状与成形温度、压边力等工艺参数的优化,试冲获得了满意的成形结果,并指导实际生产。将计算结果与实验对比,计算结果较准确地预测出了实验结果,验证了数值分析方法的实用性与准确性。

复杂形状TA2钛合金半管件黏性介质压力成形

针对复杂形状TA2钛合金半管件室温成形困难,进行黏性介质压力成形研究,制定零件的成形工艺方案,并采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对其成形过程进行分析,得到黏性介质压力分布和黏性附着力对坯料流动规律、变形均匀性和成形试件壁厚分布及回弹的影响规律。在此基础上,进行复杂形状TA2钛合金半管件黏性介质压力成形试验,验证有限元分析结果的准确性。结果表明:室温条件下利用黏性介质自身性能特点,可以实现复杂形状TA2钛合金半管件的精准成形。

双轴柔性滚弯技术的实验研究

提出了双轴柔性滚弯管状零件的概念，介绍了采用聚氨酯轮的柔性滚弯装置并分析了其工作原理和特性，对双轴滚弯技术进行了比较系统的基础工艺研究，得出了工件直径和刚性轴直径及其轴间进给量之间的经验关系。结果表明，存在一临界进给量，当进给超出该值后工件直径不再随进给量的增大而减小，从而达到一个极限尺寸，同时该极限尺寸和刚性轴的直径成正比。文末对该技术应用中的关键问题进行了讨论，为该技术的实际应用奠定了理论基础。

TA1球面件拉深成形的各向异性效应

基于Hill 48屈服准则,在ABAQUS/Explicit平台上建立了考虑TA1板材各向异性的球面件拉深成形三维有限元模型,模拟研究材料厚向异性和面内异性对其厚度和等效塑性应变分布的影响规律,并与基于各向同性屈服准则的模拟结果和试验结果进行了对比。结果表明,TA1板材的r值越大,拉深胀形区的厚度分布越均匀,最小厚度发生的位置高度越低;拉深件最大厚度变薄率越小,但拉深区加工硬化显著;与各向同性准则相比,该模型获得了与试验更吻合的结果,准确的描述了TA1球面件拉深过程中的各向异性效应。

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。

Ti－15－3钛合金的应用研究

研究了冷加工对Ｔｉ－１５－３合金时效性能的影响，并研究了该合金的冷成形性能及零件制造工艺，为Ｔｉ－１５－３高强钛合金钣金零件的应用提供了经验。

TA15合金大型筋板件等温局部加载晶粒尺寸演化研究

随着航空工业的迅速发展,大飞机和新一代军机的研制,钛合金大型筋板件的应用日益广泛,等温局部加载技术为该类构件的成形提供了新的途径。然而,等温局部加载成形是一个多因素耦合作用下的复杂成形过程,工艺参数控制不当将产生粗晶、组织不均匀等缺陷。为此,文章采用内变量法,建立了TA15合金高温变形微观组织演化物理模型,并与有限元软件DEFORM 3D结合对TA15合金筋板件等温局部加载成形过程等轴α相晶粒尺寸演化进行数值模拟。结果表明,锻件先加载区、后加载区及变形过渡区晶粒尺寸基本一致;随着温度的升高,锻件等轴α相晶粒尺寸平均值,呈先减小,后增加的趋势;锻件等轴α相平均晶粒尺寸随模具运动速度增加,先快速减小,后趋于平缓,较大的模具运动速度易造成组织不均匀性增加;采用只局部加载的加载方式,可以获得比采用先局部后整体的加载方式,更均匀细小的组织。

TC4钛合金盒形件超塑成形工艺

采用气压胀形方法对TC4钛合金某一特殊盒形结构件进行了超塑成形(SPF)。实验结果表明,在有限元模拟的基础上,成形温度为850℃,最大进气压力为1.5MPa时,成形时间为40min。超塑成形后的最佳取件温度为500℃。零件厚度分布率与有限元模拟结果大致相符合,减薄率最大处达53.7%。该工艺条件下成形的零件,其微观组织变化不大。

TC4钛合金锥形环辗轧坯料仿真优化设计

TC4钛合金锥形环辗轧坯料对成形环件的几何(圆度、壁厚均匀性)、温度与应变分布等具有重要影响。该文针对TC4钛合金锥形环件热辗轧过程设计了"芯辊基准型"和"驱动辊基准型"两种不等壁厚锥形环坯,对传统"等壁厚型"锥形环坯进行优化;采用基于ABAQUS软件平台的建模仿真方法,模拟并揭示了辗轧过程中轧制力、成形环件圆度、壁厚均匀性及温度与应变场对3种不同环坯的响应规律。结果表明,"芯辊基准型"和"驱动辊基准型"两种锥形环坯下,辗轧过程中的轧制力较"等壁厚型"锥形环坯下的轧制力小;"芯辊基准型"、"驱动辊基准型"和"等壁厚型"锥形环坯下,成形环件表面质量、圆度、壁厚均匀性及温度分布均匀性依次变差,但应变分布均匀性依次变好。综合考虑,"芯辊基准型"锥形环坯更适合于该文TC4钛合金锥形环辗轧过程。

钛合金薄壁零件旋压工艺

介绍了钛合金薄壁零件旋压成型加工过程。针对钛合金材料旋压成型困难问题,经反复试验,通过高温改变钛合金组织平衡、控制变形的温度、变形速度,采用多道引申旋压等参数的选择,最后稳定尺寸的热处理技术解决了钛合金薄壁零件旋压的难题。该方法提高了加工质量,稳定加工尺寸,达到了降低成本的目的。

钛合金粉末热等静压近净成形成本分析

采用粉末冶金热等静压近净成形(NNS-PM-HIP)技术制备了几种典型的钛合金结构件,利用技术成本模型分析了NNS-PM-HIP工艺制备钛合金构件的经济性,并与其他成形工艺进行了对比。结果表明:随着工件尺寸的加大、复杂程度的提高,包套/模具的制作以及热等静压成为影响采用NNS-PM-HIP技术制备钛合金构件成本的主要因素。有限元模拟仿真的介入和工件的批量化生产使得NNS-PM-HIP工艺的成本显著降低。与锻造等工艺相比,工件越复杂、尺寸越大,以及原材料成本占总成本比例越低,NNS-PM-HIP工艺成形钛合金构件的优势越发突出。

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。