基于冷喷涂的航空再制造技术研究现状及展望

冷喷涂增材制造技术凭借其独特的“固态沉积”工艺特性,在航空损伤结构的修复再制造中表现出了广阔的应用前景。对于冷喷涂再制造的构件而言,其制造质量取决于基体界面的结合强度、沉积体内部的结构完整性及最终的加工表面质量。本文面向整个冷喷涂再制造流程,从基体表面预处理、冷喷涂沉积体的强化方法以及冷喷涂沉积体的后处理等方面介绍更具通用性的高性能冷喷涂再制造方法。此外,介绍了国内外航空领域现有的冷喷涂增材修复再制造案例,并对其在航空再制造领域尚存的问题与发展方向进行了展望。

数控加工技术在离散制造企业生产线的应用现状与展望

针对智能生产线的运行适应性、稳健性和智能化水平无法满足航空航天等离散制造业多品种、小批量的高柔性需求,结合离散制造业智能化生产线的结构与特点,阐述了数控加工装备、数控编程技术、加工仿真技术和机内自适应技术在智能生产线中的应用现状和存在的不足,并结合当前离散制造企业智能生产线的发展需求提出了数控加工技术的未来发展趋势,为推动智能生产线的建设提供借鉴参考。

不同刀具倾角下切削参数对TC4表面形貌影响规律研究

针对TC4钛合金曲面零件在精加工时因刀具倾角变化而导致表面形貌质量不稳定的问题,通过在20°,30°,40°,50°四个不同的刀具倾角下进行铣削试验,研究和分析不同刀具倾角下切削速度和每齿进给量对表面粗糙度和表面形貌的影响。结果表明:刀具倾角在20°~50°时,以v c=55m/min的切削速度加工可稳定获得较好的表面质量;除了β=30°的试件表面外,其他试件中个别切削参数组合的加工表面出现垂直于加工刀痕的振动波纹,切削速度较大或每齿进给量较大时更易产生表面振动波纹,且切削速度越大,表面振动波纹频率越高;在试验的刀具倾角范围内,表面粗糙度随着切削速度的增加有减小的趋势,各刀具倾角下的减小程度不同,但当刀具倾角较大时,由于刀具振动加剧,加工表面质量反而下降,表面粗糙度值随着切削速度的增加而增大。

基于预制孔的SiCf/SiC复合材料微小孔超声振动辅助钻削加工研究

SiCf/SiC复合材料是典型的硬脆性难加工材料。为解决SiCf/SiC复合材料微小孔(<1 mm)加工难题,提高加工精度和改善加工质量,先采用脉冲激光预制SiCf/SiC微小孔,再在不同预制孔尺寸和加工参数下开展直径0.5 mm的SiCf/SiC微小孔超声振动辅助钻削加工试验,最终确定了合适的激光预制孔尺寸及超声振动辅助钻削加工参数域。结果表明:脉冲激光预制孔时存在的较大热影响区和微裂纹等缺陷,会明显影响后续超声辅助钻削微小孔的入、出口质量,推荐的预制孔直径为0.3 mm;超声振动辅助钻削加工时,选择主轴转速为11000~15000 r/min、进给速度为2~10mm/min,可获得加工质量较好的SiCf/SiC微小孔。

面向盘类零件的加工仿真方法及工艺参数优化研究

针对风扇盘材料的本构模型进行参数辨识,为使有限元模型的模型上有准确的加工应力场进行贴合,对TC11钛合金残余应力进行经验公式的建模,开展残余应力仿真方法研究。对风扇盘半精车小端进行仿真建模与验证。基于残余应力仿真结果进行工艺参数优化,通过实例加工验证了方法的有效性。

燃油调节器壳体深孔加工复合刀具设计与试验研究

燃油调节器壳体类零件是航空发动机产品中的关键构件,其典型特征是孔系众多,呈现孔径小、深径比大等特点。针对燃油调节器壳体复杂高精度腔孔加工周期长、刀具利用率高、加工效率低和成本高等问题,本研究根据腔孔结构特点及精度要求,设计并制备了专用内冷式复合成型刀具。通过改进应用场景加工工艺方案和优化切削参数,并在零件上进行生产验证,实现了对复杂腔孔的高效率、高质量和高精度的稳定切削。

SiC_(f)/SiC复合材料铣磨表面质量评价方法试验研究

对于非均质、各向异性材料(Si C_(f)/Si C复合材料),金属材料质量评价体系已不完全适用,亟需建立适宜的表面质量评价方法。结合超声振动辅助铣磨试验,对比铣磨表面二维粗糙度R_(a)和三维粗糙度S_(a)测量数据的稳定性,研究S_(a)测量区域大小对测量结果的影响规律,结合宏观、微观及三维形貌对试验结果进行分析;基于铣磨表面较为明显的、表现形式为凹坑的区域面积比例,开展表面质量情况分析。结果表明:S_(a)更适宜作为Si C_(f)/Si C复合材料铣磨表面粗糙度特征参数,最小测量区域大小为7 mm×7 mm;基于表面粗糙度分析,结合宏观、微观和三维形貌可进一步评价铣磨表面质量;采用表面明显凹坑面积比,可实现对表面质量影响较大区域的定量分析。

钛合金切削加工表面完整性形成机制研究进展

钛合金作为航空发动机关键构件的主要应用材料,具有质量轻、强度高、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能。然而其弹性模量小、热导率低、化学亲和力强,切削加工过程中会产生较高的切削力和切削温度,不同的热力耦合作用会使工件表层组织、成分、力学性能发生变化,形成不同的表面完整性状态特性。本文基于表面完整性形成机制分析,阐述了工艺参数、刀具材料和性能、润滑方式对切削力、切削温度以及表面粗糙度与形貌、残余应力分布、显微硬度分布、微观组织的影响规律,分析了不同切削力、切削温度状态下表面完整性的形成机制。通过总结当前研究进展,指出现有研究主要集中于现象和规律的描述,鲜见基于加工界面热力耦合作用分析表面完整性形成机理方面的研究,对表面完整性的定性和定量表征体系不完善。因此,钛合金切削加工技术未来的研究对象需从试块提升为构件,考虑构件实际加工过程中加工轨迹时变性引起加工界面接触状态的变化对表面完整性的影响;完成表层塑性变形和晶粒特性的定量评价,实现表面完整性梯度分布的准确预测;以疲劳性能为目标,反推并设计满足构件服役性能的表面完整性特征分布,确定出满足要求的加工条件,实现满足服役性能要求的表面完整性加工。

TC11钛合金整体叶轮铣削加工表面完整性研究

考虑叶轮真实加工参数,探究了切削速度、每齿进给量、行距、切深、冷却液对整体叶轮叶片的表面完整性(包括表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度、金相组织、残余应力)的影响。结果表明:行距和每齿进给量对叶片表面粗糙度影响最大,行距和每齿进给量越小,叶片表面粗糙度越小,当行距从0.3 mm减小至0.16 mm时,平均粗糙度Ra从0.64μm减小至0.48μm,当每齿进给量从0.1 mm减小至0.06 mm时,平均粗糙度从0.62μm减小至0.4μm;行距和每齿进给量对表面形貌影响最为明显,随着行距和每齿进给量的增大,叶片表面的残留高度增大;切削参数选取相对合理,叶片表面没有产生划痕、划伤和毛刺等缺陷;在合理的参数条件下,叶片表面的力热水平较低,使得叶片表面的显微硬度变化不明显,各切削参数下表面平均硬度在335HV左右浮动,同时也没有产生区别于基体的变质层;叶片表层残余应力均表现为压应力,行距、切深对残余应力的影响较小;随切削速度和每齿进给的增大,表层压应力先增大后减小,沿深度方向表现出先微弱减小再增大到峰值最后到达基体的趋势,平行和垂直进给方向上最大残余应力分别可达275 MPa和400 MPa;水基冷却液在加工表层达到远大于油基冷却液的残余压应力,但残余应力在深度方向下降明显。

纤维增强陶瓷基复合材料的加工研究进展与发展趋势

纤维增强陶瓷基复合材料具有高比模量、高比强度、低热膨胀系数、耐高温、耐腐蚀和耐磨损等许多优良的力学性能。这些优良的特性使其在航天航空等领域的应用日益增加。但纤维增强陶瓷基复合材料具有非均质性、各向异性、硬度高和脆性大的特点,是一种典型的难加工材料。因此,有必要对纤维增强陶瓷基复合材料的加工机理进行深入的研究。本文系统介绍纤维增强陶瓷基复合材料的传统加工和非传统加工研究现状,并对各种加工工艺方法的发展趋势、优缺点、适用范围、存在问题及相应解决方法进行总结和概括。和传统加工方法相比,非传统加工方法具有比较明显的优势,是当前发展的主要方向。

SiCf/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削试验研究

开展了SiCf/SiC陶瓷基复合材料的超声振动辅助切削试验研究,对比研究超声振动辅助切削及普通切削条件下切削参数对切削力的影响规律。结果表明:SiCf/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削时优选钎焊金刚石磨头,超声振动辅助切削相较于普通切削的切削力降低了10%~20%,主轴转速、进给速度、切削深度都会影响超声振动辅助切削和普通切削时的切削力。为降低切削力、减小刀具磨损,超声振动辅助切削主轴转速应控制在4000 r/min。

轴向超声振动辅助铣削TiB2/7050Al复合材料残余应力试验研究

针对TiB2颗粒增强铝基复合材料可加工性差、切削温度高、刀具磨损严重等问题,开展TiB2/7050Al复合材料轴向超声振动辅助铣削残余应力试验,研究各加工参数对超声振动辅助铣削表面及亚表层残余应力的影响规律,并分析力热耦合作用对超声振动辅助铣削残余应力的作用机制。研究表明:TiB2/7050Al复合材料超声振动辅助铣削表面残余应力均为残余压应力,且残余压应力随每齿进给量、切削速度的增加而减小,而随着切削深度及超声频率的增加呈现先增大后减小的趋势;工件亚表层残余应力影响层厚度为90~120μm,且未观测到明显的加工硬化现象。

IC10定向凝固高温合金缓进磨削工艺参数优化研究

通过设计正交试验,研究了IC10高温合金在缓进磨削过程中磨削工艺参数及表面粗糙度对疲劳寿命的影响规律,建立了工艺参数对磨削表面粗糙度及疲劳寿命影响的映射关系模型,并以表面粗糙度、疲劳寿命、材料去除率为优化目标进行了IC10高温合金缓进磨削工艺参数多目标优化。研究表明,IC10高温合金磨削工件疲劳寿命随砂轮线速度的增加而增加,随工件进给速度和磨削深度的增加而减小,且疲劳寿命随砂轮线速度的变化最为敏感,工件进给速度次之,对磨削深度的变化敏感度最低。当表面粗糙度R_(a)由0.44μm增大到0.94μm时,磨削工件疲劳寿命由9.69×10^(6)降低到1.25×10^(6),减小了约87.1%,这表明磨削表面粗糙度对磨削疲劳寿命的影响非常显著。在综合考虑磨削表面粗糙度、疲劳寿命、材料去除率的情况下,通过多目标优化得到IC10高温合金缓进磨削工艺参数为:砂轮线速度v_(w)=20m/s,工件进给速度v_(w)=117mm/min,磨削深度a_(p)=0.48mm。

线性摩擦焊机振动系统幅相控制策略研究

为保证线性摩擦焊接过程能量输入的稳定性,提高线性摩擦焊机振动系统幅值与相位的控制精度,建立了振动系统目标信号、输入信号与输出信号之间的关系,提出幅相控制策略,设计了幅相控制算法控制器,并采用Simulink建立了系统控制模型,通过模拟仿真,得到了不同焊接参数下的算法输入参数。通过典型参数下的焊接试验,验证了幅相控制的可行性。根据焊接过程参数分析了不同控制方法的控制效果,结果表明采用所设计的幅相控制策略,焊接过程中振动系统的振幅误差为1.2%,相位误差为0.16°。

叶片多尺度表面对压气机气动性能影响及其高性能制造研究进展

叶片几何形状误差精细化控制、表面波纹度控制和布置合理的介微观仿生减阻结构是提升压气机叶片气动性能的有效手段,也是目前新一代航空发动机重点关注的方向之一。这类结构通常几何形状复杂,制造难度较大。首先,综述了叶片几何形状误差、表面波纹度和介微观仿生减阻结构等不同尺度的表面特征对流场特性的改变以及不同尺度的表面结构特征对压气机气动性能的影响规律,分析了多尺度表面的制造工艺及其最新进展。其次,引出了气动性能约束下的压气机叶片高性能制造中对几何形状公差范围、表面波纹度以及介微观仿生结构制造技术的要求。最后,结合多尺度表面高性能制造发展现状,对进一步提升压气机叶片气动性能的研究内容与发展方向进行了展望。

基于多尺度生成对抗网络的锥束CT图像耦合伪影校正方法

针对锥束CT(CBCT)图像存在的耦合伪影难以完全校正问题,提出1种基于多尺度生成对抗网络的锥束CT图像耦合伪影校正方法。首先,根据CT图像的伪影特征构建了一套包括仿真图像和实际图像的CBCT耦合伪影数据集,用于提高模型泛化能力。再将特征金字塔结构(FPN)和基于卷积块的注意机制(CBAM)融入网络的生成器结构中,帮助网络捕获更全面特征信息,并配合多尺度判别器(MSD)搭建生成对抗网络框架,使得生成的去伪影图像更加清晰和真实。实验分析显示,经本文方法校正图像的PSNR和SSIM在仿真数据集中提高了21.595 dB、0.541,在实际数据集中提高了14.072 dB、0.274。实验结果表明,本文方法可有效校正耦合伪影。

锥度球头刀加工钛合金TC4表面粗糙度建模

高性能商用航空发动机大型复合材料风扇叶片高速旋转时存在分层开胶风险,需要在其前缘通过胶结工艺装配钛合金TC4前缘金属加强边予以保护,而胶结性能受到装配表面粗糙度影响较大。本文针对钛合金TC4前缘金属加强边内腔加工表面粗糙度,以主轴转速、每齿进给量和轴向切深为设计因子,分别开展4种细长锥度球头刀四轴铣削钛合金TC4试验,测试已加工表面粗糙度。基于测试的样本数据,分别针对4种细长锥度球头刀建立加工表面粗糙度的经验模型。结果表明,主轴转速增加,直径为5.0mm时,表面粗糙度大幅降低,直径为3.0mm时,表面粗糙度却有所增加;主轴转速、每齿进给量增加时,直径4.0mm、2.4mm的锥度球头刀加工的表面粗糙度没有较大变化。随着轴向切深增加,4种直径的刀具加工的表面粗糙度均大幅增加。

基于自适应带宽核密度估计的压气机叶片加工误差统计分析方法

针对压气机叶片的加工误差统计分析建模问题,本文提出了一种自适应带宽的非参数核密度估计方法,实现了压气机叶片加工误差的概率密度建模。首先,基于拇指法则求解固定带宽核密度估计中的固定最优带宽作为起始带宽。然后,在固定最优带宽的基础上引入灵敏因子构建了自适应带宽函数,并通过自适应带宽函数对核密度估计进行调控。在此基础上,以核密度估计的精度均方差(MSE)与灵敏度S为目标函数,采用精英策略遗传算法对灵敏因子进行优化获得最优灵敏因子。进而计算出不同数据样本点对应的最优带宽,使得带宽能够根据数据样本疏密程度进行自适应调整。最后,对134组机械加工叶片的叶型截面的6种叶型误差进行统计建模,并采用交叉检验法验证了自适应带宽核密度估计的泛化性能。实验结果表明该方法的适用性好精度高,且拟合优度均在0.9以上,同时避免了传统固定带宽核密度估计的局部适应性问题。本文所提出的统计分析方法能够准确获得现有工艺能力下压气机叶片加工误差的分布特性,为叶片气动设计优化改进提供了一种有效手段。

金属封严环数字孪生几何模型框架的开发与应用

金属封严环广泛应用于航空发动机密封系统,其型面成形质量对飞行器高性能、高可靠服役具有重要影响。然而,薄壁、复杂的异形截面与封闭的环形结构等导致其在几何质量检测方面存在以下问题:其一,成形结果严重依赖于破坏性抽样终检,实际产品均未经过完整质量检测;其二,成形过程无几何质量检测手段,无法及时发现成形缺陷,轮廓几何数据的缺失,使工艺优化设计困难。因此,提出一种金属封严环数字孪生几何模型框架,该框架包括:物理空间、虚拟空间、交互空间与服务,可提供在机测量平台标定、截面轮廓测量、点云数据预处理、截面几何特征计算、三维数模快速构建、三维型面动态测量与偏差计算等连续成形质量在线检测技术,建立起反映金属封严环成形过程中变化的数字孪生几何模型,从而为金属封严环成形质量的检测、分析、预测以及后续工艺优化设计所需的基础数据获取等提供支撑。在此基础上,研制了在线检测模拟试验装置与数字孪生软件,介绍了金属封严环数字孪生几何模型的应用情况。

面向薄壁零件加工变形与振动控制的智能装夹技术研究进展

薄壁零件由于其弱刚性导致的切削加工变形与振动极大地影响着产品的最终质量。合理的装夹能够控制加工变形与振动,有效提升薄壁零件的加工稳定性。随着新型传感与控制算法的发展,现代夹具逐渐向智能化方向发展,集成夹紧力控制、变形补偿、实时监测、动态反馈调整等功能于一体的智能夹具应运而生,并成为学术界和工业界的研究热点。本文梳理了薄壁零件装夹方案优化方法及其加工辅助支撑技术、综述了当前关于智能夹具架构、具体应用及其控制策略的国内外研究现状,最后总结了当前装夹方案优化及智能夹具研究方面所存在的问题并提出下一步的研究方向。