镍基高温合金短电弧铣削加工性能与电极损耗规律研究

简述了短电弧切削加工技术中的新型铣削方法和短电弧数控铣削加工机床的加工原理。采用短电弧铣削加工方法加工镍基高温合金(GH4169),在不同电源放电参数下观察加工后工件的宏观组织、工件加工表面粗糙度、电极的损耗情况,测量工件显微硬度、观察加工波形图,初步得出在不同加工电源参数对加工工件表面质量的影响规律。实验表明:通过对加工后的工件宏观观察发现,工件表面粗糙度与放电占空比有关,结合采集到的放电波形可以总结出,占空比越大,表面粗糙度值越大;电压在小范围变化时电压对加工工件表面质量影响不大;离加工表面越近,显微硬度越高;电压越大,相对电极损耗比较小;通过调整电源参数可以得到满意的镍基高温合金(GH4169)的表面质量与较小的电极损耗。     

GH4169镍基高温合金表面加工硬化研究

基于高速铣削GH4169镍基高温合金正交试验,借助截面法对每组加工参数下得到的材料表面进行硬度测量,记录并分析所得硬度值。通过分析可知,GH4169镍基高温合金加工性能差,加工硬化程度在110.5%-127.5%之间。通过对正交试验数据的极差分析,得到对其表面加工硬化影响的主次因素依次是铣削速度、切削深度、每齿进给量。并且随着铣削速度的增加,GH4169镍基高温合金的表面加工硬化程度逐渐降低;随着切削深度的增加,高温合金的表面加工硬化程度逐渐升高;每齿进给量对高温合金的表面加工硬化的影响很小。     

基于标准粒子群算法的GH4169高速铣削表面粗糙度研究

采用单因素和正交实验法,研究了整体硬质合金刀具高速铣削GH4169高温合金时切削参数对表面粗糙度的影响规律,结果表明,每齿进给量对表面粗糙度的影响十分显著,铣削速度和铣削深度对表面粗糙度的影响较小;基于标准粒子群算法建立了表面粗糙度与切削参数之间的经验公式,并对经验公式进行了实验验证,结果显示,基于标准粒子群算法建立的经验公式能有效预测GH4169高温合金高速铣削过程中的表面粗糙度,为铣削参数优化、铣削表面质量控制提供了依据。     

基于短电弧加工的镍基高温合金表面质量初探

采用短电弧高效加工方式对GH4169镍基高温合金加工,在不同的电源放电参数下观察工件加工表面材料去除率、工件加工表面粗糙度、显微硬度、热影响区等参数分析,并使用SEM设备观察工件加工表面,初步得出在不同加工电源参数下所获得的试件表面质量规律,实验证明:可以寻找到一个到既有较高的材料去除率并可保证较小的热影响区的理想加工电参数点;材料去除率随着电压的降低而降低;工件表面显微硬度在不同加工电压下的变化趋势大体一致;能谱分析表明试件表面合金化程度随着加工电压的升高而升高。通过调整电源参数可以使得短电弧加工GH4169镍基高温合金的方式得到较为满意的表面加工质量。     

氮化硅铣刀角度对镍基高温合金切削力的影响

GH4169镍基高温合金属于难加工材料,为模拟其粗铣加工过程的切削力,在UG软件中建立不同前角、后角以及螺旋角的平头立铣刀模型,选择合适的铣削参数,采用正交试验法在ABAQUS软件中对氮化硅陶瓷铣刀铣削GH4169镍基高温合金过程进行仿真,探讨了铣刀几何角度对铣削力的影响规律,并获得了适合粗铣加工的铣刀角度组合。结果表明,螺旋角对铣削力影响较大,进给抗力随铣刀径向前角增大而减小。     

高速铣削GH4169镍基高温合金切削温度的研究

为了研究GH4169镍基高温合金在高速铣削过程中不同切削用量对切削温度的影响,采用正交试验法对其进行切削仿真,并对铣削加工仿真结果进行分析,得到切削用量与切削温度的关系。为验证仿真结果的合理性和准确性,进行了GH4169镍基高温合金高速铣削加工试验,对比分析高速铣削试验和高速铣削加工仿真的结果,验证GH4169镍基高温合金高速铣削仿真模型的准确合理。在已确定的加工仿真模型基础上进行单因素试验,研究不同切削用量对切削温度的影响。结果表明：在切削速度、每齿进给量和背吃刀量均增大的条件下,铣削温度都逐渐上升,但增长速率呈下降趋势。     

镍基合金车削表面粗糙度理论分析与实验研究

高温合金GH4169具有良好的机械性能,广泛应用于航空、精密装配等领域。在精密车削加工中难以保证零件表面粗糙度要求。为了研究切削参数对加工表面粗糙度的影响关系,根据正交试验数据,运用极差与方差分析出切削三要素对加工表面粗糙度的影响关系,预测出表面粗糙度与切削三要素之间的最优模型,对分析表面粗糙度与切削三要素之间的响应关系,基于最优预测模型,运用多目标线性规划模型优化参数,得出在切削GH4169过程中的最优参数,为以后加工GH4169奠定了理论基础。     

高效铣削镍基高温合金GH4169的有限元数值模拟

在DEFORM软件中,根据实际加工情况建立整体硬质合金立铣刀加工镍基高温合金GH4169的三维有限元仿真分析模型。针对镍基高温合金GH4169加工效率低和切削刃磨损严重的问题,采用单因素试验法仿真探讨了切削用量(v、f_z、a_p、a_e)对切削力和切削温度的影响规律。获得了能有效提高镍基高温合金GH4169加工效率的切削用量,为实际加工中实现高效铣削镍基高温合金切削用量的选择提供依据。     

基于正交设计的GH4169高温合金电火花线切割加工研究

GH4169合金是一种典型的难加工材料,具有高强度,切削加工时切削力大等特征,采用普通方法加工时刀具磨损严重,表面质量和精度难以保证。针对上述现象,采用正交实验对镍基高温合金GH4169进行线切割加工研究。研究了不同的加工参数(脉冲宽度、间隙、管数、加工限速)对中走丝线切割加工GH4169合金的表面粗糙度和切割速度的影响。并对实验结果进行了主效应分析以及方差分析。结果表明:表面粗糙度随着加工限速的增大而增大,切割速度随着管数的增大而增大。加工参数在脉宽为60μs,间隙为4ns,管数为8,加工限速150步/s时获得最快的切割速度;加工参数在脉宽为40μs,间隙为10ns,管数为2,加工限速50步/s时获得较小表面粗糙度值。     

刀片钝化半径对高温合金切削质量影响的研究

通过不同钝化半径的刀具对GH4169高温合金进行车削正交试验,结果表明:随着钝化半径的增加,表面残余应力先降低后增加;工件环向残余应力随着钝化半径的增加,工件内部残余压应力最大值增大,影响深度随之增加。由表面粗糙度和表面残余应力的敏感程度可知,进给量是影响表面完整性的最主要因素,其次是切削速度和切削深度。分析了不同钝化半径和切削参数对表面完整性特征的影响规律,建立了表面粗糙度表面残余应力的经验公式,得到了用于精加工GH4169高温合金较好的钝化半径范围0.02~0.03mm,以及较优的切削参数vc=60~70m/min,fn=0.05~0.075mm/r,ap=0.2~0.5mm。     

加压内冷却方法在高温合金磨削中的应用

针对镍基高温合金在磨削加工中大量磨削热的冷却问题,提出采用加压内冷却与断续磨削结合的冷却方法,实现磨削过程中充分冷却磨削弧区高温的目的。设计制备磨粒有序排布的加压内冷却砂轮,采用Fluent有限元软件建立砂轮磨削GH4169高温合金的温度场模型,模拟分析砂轮转速和冷却液压力对砂轮散热性能的影响。开展加压内冷却砂轮磨削GH4169实验研究,分别对磨削温度、表面粗糙度以及表面微观形貌进行对比和分析。结果表明：在相同的磨削参数条件下,相对外冷却方式,内冷却方式能获得更优良的加工表面质量,磨削温度和表面粗糙度均明显降低;在其他磨削参数相同时,冷却液压力越大,磨削温度越低且表面粗糙度越小,表面形貌更加规则、完整。     

汽雾冷却下高速切削GH4169切削力和粗糙度试验分析

本文针对陶瓷车刀片在汽雾冷却下进行切削镍基高温合金GH4169单因素试验和正交试验进行分析研究。利用最小二乘法对所得试验数据进行线性回归分析,建立切削力和已加工表面粗糙度的经验模型,分析在汽雾冷却条件下使用陶瓷刀具的切削参数对切削力和已加工表面粗糙度的影响规律。通过正交试验结果分析出最优的切削参数,为进一步优化切削参数、研究刀片磨损机理提供参考依据。     

镍基高温合金锥面外圆车削表面粗糙度优化研究

以GH4169镍基高温合金外圆锥面车削加工为研究对象,通过正交实验的方法,研究切削参数对加工表面粗糙度的影响规律。并运用BP神经网络预测的方法建立了表面粗糙度经验模型。经过实验验证,该模型具有较好的预测精度。另外还对工件表面粗糙度与刀尖圆弧半径及切削深度的关系进行了研究。发现较大的刀尖圆弧半径能获得较小的表面粗糙度值,且增大刀尖圆弧半径可进一步减小切削深度对表面粗糙度的影响。该研究结果可为GH4169圆锥面车削加工提供技术指导和理论支持。     

基于电参数的GH4099短电弧铣削加工工艺研究

短电弧铣削加工作为一种新的放电加工技术,本质上是一种热加工,其对镍基高温合金的加工具有很大优势。为探究短电弧铣削加工GH4099最优电参数工艺组合,创造性建立了GH4099短电弧铣削加工放电凹坑数值模拟模型,研究了电压、频率和占空比对放电凹坑形貌的影响规律,得出GH4099加工的最优电参数：30 V、1 kHz、60%,并通过设计实验,验证该参数加工下的工件材料去除率以及表面质量。这不仅可以实现GH4099材料的高效加工,而且能促进短电弧热加工理论的完善。     

镍基高温合金GH4169内孔超声波椭圆振动镗削实验

分析了超声波椭圆振动镗削加工原理,研究了超声波椭圆振动镗刀前刀面与切屑之间的分离特征和镗刀前刀面上摩擦力方向反转特征,提出了将超声波椭圆振动镗削技术用于镍基高温合金GH4169内孔加工中,以降低内孔表面粗糙度和提高加工精度.然后,通过镗削加工实验,比较了超声波椭圆振动镗削和普通镗削对难加工材料镍基高温合金GH4169内孔表面粗糙度、圆柱度和圆度的影响.实验结果表明超声波椭圆振动镗削加工获得的已加工表面粗糙度为Ra0.173 9 μm,比普通镗削内孔的表面粗糙度降低了一半以上,到了磨削水平;超声波椭圆振动镗削内孔的圆柱度值比普通镗削圆柱度值减少了近1 μm,圆度的平均值比普通镗削圆度的平均值减少了近一半,高温合金GH4169内孔镗削内孔的加工精度圆度得到了明显提高.     

时效后GH4169小孔丝锥的设计

GH4169镍基高温合金是航天发动机高温系统中应用广泛的高温结构材料，但它的切削加工性能极差，若以正火状态45钢的切削加工性为Kv=1，则高温合金的切削加工性Kv=0．2～0．5，而镍基高温合金的Kv=0．2。GH4169镍基高温合金的切削加工特点主要表现为强度高、塑性大、切削抗力大、冷作硬化严重、切削温度高，刀具在加工过程中磨损剧烈，其中最难的当属攻丝，尤其是时效后的小孔攻丝加工。时效后GH4169小孔攻丝是航天系统未能解决的加工难题。     

磨削参数对GH4169高温合金磨削表面特征影响研究

采用单因素试验法,使用不同特性的砂轮进行GH4169高温合金的外圆磨削试验,研究了单晶刚玉砂轮和CBN砂轮对GH4169高温合金磨削表面特征中表面粗糙度和表面形貌的影响,分析了各磨削工艺参数对表面粗糙度的影响规律,并分析了单晶刚玉砂轮和CBN砂轮切屑的形态,还检测了磨削加工的表面形貌。结果表明：采用粒度为80、中软级、陶瓷结合剂的单晶刚玉砂轮磨削GH4169高温合金时,其磨削表面粗糙度较小,表面特征较稳定;磨削进给运动轨迹构成了试件已加工表面形貌轮廓的主要特征。在工件速度为8~21.66m/min、砂轮速度为15~30m/s、径向进给量为0.005~0.02mm、纵向进给量为1.3~3.6mm/r范围内,可以保证表面粗糙度Ra在0.14μm以内。     

GH4169高温合金电火花线切割加工质量预测研究

针对镍-铬-铁基高温合金GH4169电火花线切割加工质量预测问题,通过正交实验设计并结合方差分析,分析放电电流及脉冲宽度、放电间隙、管数、加工限速对GH4169高温合金电火花线切割加工表面粗糙度和线切割速度的影响规律。在实验数据基础上训练BP神经网络,建立脉冲宽度、放电间隙、管数、加工限速对表面粗糙度和线切割速度影响的预测模型,预测结果表明,将正交实验与BP神经网络融合应用在GH4169高温合金电火花线切割加工中,不仅减少了工艺参数优化选择的盲目性,也提高了加工质量的预测精度和效率。     

基于正交试验法的GH4169高速铣削表面粗糙度研究

对镍基合金GH4169试件高速铣削加工表面粗糙度进行了正交试验,运用极差分析法得出4个试验因素对表面粗糙度影响程度的不同,绘制了铣削参数对表面粗糙度的影响趋势曲线,并对其影响原因进行了分析。     

GH4169铣削残余应力研究及工艺参数优化

GH4169材料在航空、航天热端部件的制造中应用较多,为了改善GH4169材料的工件疲劳寿命、提高加工效率,文章设计了GH4169铣削工艺参数与工件表面残余应力之间的正交试验。通过试验,建立了铣削参数与铣削表面残余应力之间的经验公式,分析了铣削参数对铣削表面残余应力的影响规律。另外,应用遗传算法,以铣削表面残余应力、材料切除率的期望值为优化目标,对铣削参数进行了多目标优化,并对优化结果进行了试验验证。结果表明：切削速度对X、Y向残余应力的影响是最主要的,每齿进给量对于X向残余应力的影响次之,对于Y向残余应力的影响最小;切削深度对于X向残余应力的影响最小,对于Y向残余应力的影响次之;较小的切削速度和较大的每齿进给量有利于获得期望的表面残余应力,切削深度的变化对残余应力的影响较小;优化的铣削参数组合为：vc=26.64 m/min,ap=0.45 mm,fz=0.10 mm/z,ae=0.25 mm,可以降低GH4169材料表面残余拉应力,提高切削效率,为GH4169零件铣削参数的选取提供依据。