“航空构件高服役表面加工技术”专题序言

叶片、整体叶盘、机匣、齿轮等航空构件是传递动力的关键核心部件,其表面的精密加工代表国家工业和国防装备水平。高服役性航空构件是克服极端工况影响的新型构件,直接决定装备转动系统的振动、噪音、寿命等服役性能及其核心竞争力。开展航空构件高服役表面加工技术研究,对保障国家经济和军事安全具有重大意义。

铝合金轮毂机器人光整加工控制技术研究

基于对铝合金轮毂结构及光整加工要求的分析,通过比较机器人示教和离线编程的优缺点,提出示教编程和离线编程集成使用的机器人控制技术,来完成轮毂光整加工。机器人离线编程控制是根据轮辐表面刀具轨迹的点位信息和机器人运动学方程,运用Pieper法进行机器人运动学方程逆解来实现的。研究表明,采用示教编程和离线编程集成的机器人控制技术能在满足光整加工要求的前提下大大提高轮毂加工效率。

TiAl基合金砂带精密磨削表面完整性研究

针对TiAl基合金塑性低、脆性大、表面可加工性差等问题,采用正交试验对TiAl基合金的砂带磨削表面完整性进行研究。总结归纳TiAl基合金砂带磨削材料去除率和表面质量的影响因素,通过灰色关联法得到正交试验的最优工艺参数为A3B3C2D2。采用最优工艺参数对TiAl基合金进行砂带磨削,分析TiAl基合金砂带磨削磨粒磨损过程,对磨削前后工件的表面形貌进行分析。结果表明砂带磨削对TiAl基合金的磨削加工效果好,可用于TiAl基合金表面的精密加工。本文研究为TiAl基合金表面精密加工提供了新的加工方法。

基于钛合金砂带磨削的磨削率、表面质量及砂带寿命性能试验研究

针对钛合金磨削加工磨削率低,砂带使用寿命短以及表面质量差等问题,文章分别用正交实验和单因素实验对砂带磨削钛合金的磨削率及表面质量进行了一系列的性能实验研究,得到了十分有用的结论。论文的研究不但可以改善钛合金的表面质量,提高钛合金的磨削率,而且有助于扩大钛合金的应用范围,延长砂带的使用寿命,对生产实践有理论指导意义。

精密砂带研磨特性研究及应用

理论分析了精密砂带外圆研磨材料表面的特性,弄清了低粗糙度加工表面是由于磨粒切刃在材料表面形成了致密均匀的交叉微细磨痕,补偿了单一方向磨痕高度的不均匀.为研究淬硬合金不锈钢材料磨削加工表面粗糙度的主要影响因素,在齿轮泵齿轮轴上进行了磨削试验.结果表明:适当减小砂带接触压力能有效降低工件表面粗糙度;在稳定研磨时间内加工表面粗糙度值可以达到精密级.

船用螺旋桨砂带磨削表面质量的试验研究

通过正交试验研究了磨削参数对船用螺旋桨叶片表面粗糙度的影响。讨论了砂带粒度、砂带线速度、接触轮硬度、磨削深度和磨削进给速度对表面粗糙度的影响规律。分析了砂带粒度和磨削深度对磨削后残余应力的影响。研究结果表明:砂带粒度对表面粗糙度的影响最大,在合适的磨削参数下可获得最佳表面粗糙度;砂带弹性磨削的特点使螺旋桨表面形成残余压应力;砂带粒度越小,残余压应力越小;随着磨削深度的增加,残余压应力不断增大。

超声振动精密砂带磨削0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢的试验研究

介绍了超声波振动精密砂带磨削机理,通过超声波振动精密砂带磨削与普通砂带磨削0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢的对比试验,弄清了超声波振动在砂带磨削过程中的作用,证明了超声波振动精密砂带磨削是加工不锈钢等难加工材料的一种有效方法。

燃气轮机叶片材料0Cr17Ni4Cu4Nb砂带磨削性能研究

理论分析了在切除过程中磨粒与材料表面的交互作用机理,进行了砂带磨削燃气轮机叶片材料0Cr17Ni4Cu4Nb的试验研究,系统分析了各磨削工艺参数对材料切除率的影响规律,该研究对生产实践具有理论指导意义。

砂带磨削技术的研究现状和发展方向简介

重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心依托重庆大学和重庆三磨海达磨床有限公司组建,致力于各类材料表面的精密加工及相关成套装备的工程化研发及推广应用。现有多名高性能构件表面精密加工技术及智能装备制造技术领域的专家,包含专职研究人员4名,百人计划1名,博士后1名,博士研究生4名和硕士研究生32名。已主持国家级项目20余项,包括国家“863”重点项目、科技部科技支撑重大项目、国家科技重大专项等;省部级项目20余项,包括重庆市科技攻关重大项目、市政府重大决策咨询项目等;横向项目20余项。多项成果达到“国内领先水平”,有重要学术和应用价值,取得了显著的经济和社会效益。重庆市材料表面精密加工及成套装备工程技术研究中心研究成果获2016年度中国产学研合作创新成果一等奖、2018年度中国机械工业科学技术一等奖,共发表SCI/EI收录学术论文100余篇,申请专利60余项(其中国际专利4项),编写行业标准10项,主编《砂带磨削原理及其应用》、《现代砂带磨削技术及工程应用》专著2部。

曲轴连杆颈砂带随动研磨表面几何量在线气动测量的研究

以曲轴连杆颈砂带随动研磨加工中的轴颈形状误差和几何尺寸为主线,提出了能够同时对曲轴连杆颈圆度、直径等几何量进行在线气动测量的随动跟踪测量方法。通过对随动跟踪测量系统运动控制模型分析后得到了满足传感器组均匀采样的约束条件,分析了气动测量系统误差。在此前提下采用将曲轴连杆颈圆度误差和系统误差从测量数据中进行分离的3点随动跟踪圆度误差分离方法。根据离散傅里叶变换原理,详细推导了3点跟踪法误差分离的基本方程。对比在线跟踪测量与圆度仪离线测量的计算结果,发现二者的相对误差较小,在4%左右。

枪匣表面机器人砂带抛光刀位点轨迹规划研究和试验验证

围绕某军工单位生产的机器人砂带抛光枪匣加工系统,基于等参数线法,在枪匣表面生成刀位点轨迹,针对机器人砂带抛光枪匣表面刀轴矢量的控制方法进行了研究;通过对空间自由曲面相关特性分析,实现了机器人砂带抛光系统刀位点数据的生成和枪匣表面磨削路径的合理规划;在机器人仿真平台上,对枪匣表面砂带抛光进行了虚拟仿真,并运用磨头可浮动的砂带抛光机对研究方法进行了试验验证,试验结果表明:按照等参数线法生成的磨削路径和刀轴矢量控制方法进行抛光,不仅可以保证枪匣型面的一致性,而且能够极大地改善枪匣表面质量,最终实现枪匣表面高效、高质量的抛光加工。

基于强力砂带磨削的核电高压容器内表面20Cr10Ni不锈钢堆焊层磨削性能研究

根据对核电高压容器内表面不锈钢20Cr10Ni堆焊层的工艺要求,提出了堆焊层强力砂带磨削工艺;理论分析了奥氏体不锈钢20Cr10Ni强力砂带的磨损特征,弄清了影响磨削性能的根本原因,是由于单个磨粒切刃的法向接触压力过小,钝化的微晶磨粒不能及时破碎脱落所致,削弱了砂带的自锐作用。运用砂带磨削试验机和测试系统研究了奥氏体不锈钢20Cr10Ni强力砂带的磨削性能。试验结果表明,采用较大的法向压力或适当增大磨削速度的磨削参数,可以高效发挥奥氏体不锈钢20Cr10Ni强力砂带的磨削性能。

镁合金表面粗糙度预测模型优化的研究

依据正交试验结果,利用线性回归分析方法,应用Matlab软件建立了砂带磨削镁合金AZ91D时表面粗糙度的预测模型,对该模型进行回归方程和回归系数显著性检验;并对该模型进行优化,即进一步提高模型的预测效果;然后对该模型进行了试验验证。预测表面粗糙度具有可靠性:砂带粒度和砂带线速度对表面粗糙度的影响很大;磨削压力对表面粗糙度有一定的影响;接触轮硬度和工件轴向进给速度对表面粗糙度的影响不明显。

机器人砂带磨削GH4169镍基高温合金表面完整性研究

采用机器人夹持GH4169镍基高温合金来进行砂带磨削试验。对试验装置进行了设计和分析,以确保砂带磨削过程中的磨削压力稳定;采用正交试验获得砂带磨削GH4169时的磨削深度;采用单因素试验确定砂带线速度和磨削压力对GH4169表面完整性的影响规律。试验结果表明:采用粒度为80号的陶瓷磨粒砂带加工GH4169时,其表面粗糙度在0.6~0.7μm范围内,且随着砂带线速度的增大而减小,随着磨削压力的增大而增大,表面硬度在430~485HV范围内,表面残余应力均为残余压应力,其值在-410^-60MPa范围内。

预应力砂带磨削钛合金表面完整性的试验研究

为了提高钛合金加工表面的抗疲劳性和抗腐蚀性,基于预应力砂带磨削原理,进行不同预应力条件(0、100 MPa和200 MPa)下的钛合金砂带磨削试验。通过检测、分析不同预应力条件下磨削后工件的表面完整性,获得不同预应力对工件表面残余应力、粗糙度、硬度及表面形貌的影响规律;并在砂带磨粒模型的基础上,揭示预应力砂带磨削对残余应力和表面形貌的作用机理。结果表明:在材料的弹性范围内施加预应力并进行磨削能够主动加强工件表面的残余压应力状态;随着预应力的增加,残余压应力的大小呈现逐渐递增的趋势;预应力砂带磨削对表面硬度的影响甚小,且在一定范围内不随预应力的变化而变化;采用预应力砂带磨削能够得到较好的表面形貌,但会使粗糙度有微量增加。

ZrO_2工程陶瓷砂带磨削实验及工艺研究

采用4种不同磨料的砂带对Zr O_2工程陶瓷进行对比磨削实验,并采用锆刚玉磨料的砂带进行正交试验,对材料去除量、工件表面粗糙度和砂带磨损量进行了测量,得出了Zr O_2工程陶瓷最佳磨削参数。文章分析了在对Zr O_2工程陶瓷进行砂带磨削加工过程中砂带粒度和磨削用量的不同对磨削加工效率、工件表面质量的影响。在磨粒切削加工模型的基础上,通过观察磨削前后陶瓷表面微观形貌分析了工程陶瓷的磨损机理。实验结果表明:随着磨削压力和砂带粒度的增大,工件表面粗糙度呈减小趋势;增加砂带线速度和磨削压力可在一定程度上提高材料去除率和磨削比,但超过临界值其表面易发生崩脆断裂;砂带线速度为19 m/s,磨削压力为15 N,砂带粒度为120#时,Zr O_2工程陶瓷综合磨削效果达到最好。

大型钛合金复合板材恒压砂带磨削关键技术研究

文章针对大型钛合金复合板材砂带磨削过程中出现的问题,提出了自适应模糊-PID复合控制方案,有效地解决了钛合金复合板材砂带磨削加工过程中存在的磨削不均匀问题。通过恒压力接触被磨工件,使磨头磨具能有效地跟随板材型面起伏变化,不仅保证了磨削深度尺寸而且改善了板材的表面加工质量。在对被控对象进行仿真的基础上,进行了磨削试验研究,结果表明：采用自适应模糊-PID复合控制方案对钛合金板材进行磨削,试件表面各处的材料去除厚度基本在0.1~0.16mm之间平稳浮动,取得了良好的控制效果。

泵齿轮端面砂带磨削及倒棱关键技术研究

为了实现齿轮端面及其棱边的高效一次加工,结合新型开式砂带磨削的方案和特点,设计了一种适用于齿轮端面的砂带磨削装置。该系统既有砂带磨削的柔性和适应性广的特点,又能通过磨削参数的调节实现端面棱边微小倒棱尺寸的精确控制。磨削系统采用了接触轮的往复振动方式,能够改善砂带表面磨料等高性。最后通过磨削试验探索得到最佳表面质量和倒棱尺寸的磨削参数,表面粗糙度能够维持在0.05μm以下,棱边不同位置微小倒棱尺寸能够满足给定的尺寸范围,也验证了该系统进行高精度磨削的有效性和稳定性。

离散型空间焊道CBN砂带当量随行磨削技术

提出一种离散型空间(椭圆形、马鞍形、相惯线形等)焊道的磨削加工技术——立方氮化硼(Cubic boron nitride,CBN)砂带当量随行磨削方法,该方法一方面基于测量技术以及磨削量预测模型,利用四轴联动以及恒压力浮动砂带磨削技术实现离散型空间焊道当量随形磨削加工,保证焊道的等余量控制;另一方面针对焊道材料的难加工特性,运用CBN砂带实现高效率、高精度磨削加工。阐述了当量随行磨削加工原理,建立随行磨削加工模型,分析随行运动误差。基于测量技术以及磨削量预测模型,建立当量磨削控制方程。针对椭圆形焊道典型零件——燃烧室机匣进行了磨削加工试验,得到其磨削余量厚度误差在±0.005 mm以内,证明该方法的可行性,得到焊道磨削的最优工艺(砂带线速度24 m/s,磨削压力170 N,工件转速1r/min),并且得到工件旋转速度是影响材料去除率最大的工艺参数。

304不锈钢砂带磨削试验研究

采用2种不同磨料砂带对304不锈钢进行了工艺试验,对磨削后工件表面粗糙度及砂带磨损表面形貌进行了观测。讨论了磨削时间和法向磨削压力对表面粗糙度的影响。在磨粒磨损理论模型的基础上,揭示了砂带的磨损机理。分析了锆刚玉和碳化硅磨粒的自锐过程。结果表明,在磨削时间小于8s时,表面粗糙度Ra值随磨削时间快速减小,当磨削时间大于20s时,Ra的大小与接触轮硬度的关系不大。Ra随着法向磨削压力的增加而减小,当法向磨削力在60～80N时,表面粗糙度有稳定的较小值。锆刚玉磨料有较强的自锐作用,以缓慢钝化磨损为主;而碳化硅磨粒则出现局部脱落、较大的磨损小平面和严重的黏盖磨损。