金刚石刀具精密切削钛合金薄壁件试验研究

为满足航空发动机的减重、提高零部件的加工质量和对性能的要求,采用试验的方法,对航空用钛合金薄壁件进行精密切削加工研究,主要以表面加工质量为研究对象,并以其为约束,以提高效率为目的对切削参数进行优化,得到了较为可行的加工参数,并对表面粗糙度的变化规律进行分析研究,同时分析了金刚石刀具在精密切削钛合金薄壁件加工中,刀具磨损初期、中期和后期的磨损形式和成因,研究为实际型号钛合金薄壁零件的加工提供了一种改进加工工艺技术的方法。     

大尺寸薄壁铸造钛合金U形件精密加工工艺实现

U形件为某设备的旋转导向与结构支撑部件,使用环境为海洋性高温湿热盐雾环境,内部空间安装控制及处理元器件,为了避免高温高湿高盐环境对内部器件的影响,内部空间要与外界环境隔离。为了满足设备整体结构布局、保证结构强度并使内外部环境隔离,设计了大尺寸薄壁铸造钛合金U形件。通过分析大尺寸薄壁铸造钛合金U形件的结构形式、外形尺寸、加工部位、加工精度等加工因素,找出加工过程中刚度、振颤、加工变形等影响加工精度实现的薄弱环节。对工艺流程进行合理安排,通过选用刀具、控制切削量、转速、采用辅助工装等工艺手段,解决了大尺寸薄壁铸造钛合金U形件加工中刚度、振动、切削力等因素引起的加工变形误差。在生产中应用此工艺方法能够满足尺寸精度、形位公差及表面粗糙度要求,适用于批量生产。     

钛合金薄壁件超声振动辅助铣削工艺研究

在钛合金薄壁件的铣削加工过程中,存在薄壁件变形大、加工精度低等问题,为此,提出了一种基于超声振动的辅助铣削加工工艺方法。首先,分析了钛合金材料的切削变形机理,得到了影响工件变形的关键因素,为后续参数指标分析提供参考;然后,利用ABAQUS有限元仿真软件,对钛合金薄壁件的形变和受力情况进行了分析,讨论了超声振动的作用机理及其对切削力的影响;最后,在超声辅助条件下,通过单因素试验,研究了不同工艺参数对薄壁件铣削形变量的影响规律。研究结果表明：超声振动辅助加工可有效解决薄壁件铣削变形问题,大幅提高其加工精度;随着主轴转速和超声功率的增加,薄壁件的变形量呈逐渐降低的趋势;而随着进给速度的增加,薄壁变形量呈逐渐增加的趋势。该试验结果与仿真结果基本一致,与理论值的平均误差在5%以内,由此可见,该结论可为钛合金薄壁件铣削加工中参数的选择和优化提供参考。     

钛合金的高质高效超声振动切削加工

作为一种广泛应用于航空航天领域内的难加工材料,钛合金的高质高效切削一直是机械加工领域中的热点问题.针对其加工过程中的力热聚集问题,一种将高压冷却方式辅助于垂直于切削速度方向振动分离的超声振动切削加工方法被应用于其高质高效加工.首先,刀具和工件周期性的分离条件通过数学方法导出.随后基于此开展了钛合金的车削试验,通过设定不同的切削参数(切削速度、进给量和切深)和冷却参数(冷却液压力),研究了切削力、切削温度、刀具磨损过程、工件表面质量和刀具寿命与相关参数之间的关系.试验结果表明,在满足分离条件的情况下,高压冷却状态下的超声振动切削加工能有效降低切削力和切削温度、延缓刀具磨损速度、改善表面质量和提高刀具寿命.在冷却液压力20 MPa的条件下,钛合金的切削速度能提至400 m/min并保证工件表面质量Ra不超过0.4 μm,实现了刀具长寿命和工件高质高效的切削精加工.     

切削参数对弯曲薄壁件变形规律的有限元仿真

钛合金薄壁件在切削加工时易产生弹性变形,降低薄壁件的加工质量。针对钛合金弯曲薄壁零件加工易变形的问题,建立了薄壁零件的有限元模型,研究了刀具在加工零件时不同位置和不同切削参数下对薄壁零件铣削变形的影响,确定了零件的最大变形点,并运用多指标正交试验确立了最优的刀具切削参数。     

钛合金薄壁件车削加工的研究

传统的钛合金车削加工因其切削速度低,刀具耐用度低,加工质量难于控制,导致加工效率低。经多次钛合金车削加工试验、优选了刀具材料,确定了刀具几何参数,依据刀具磨损情况,提供了较为合理的切削数据。解决了钛合金薄壁件加工变形问题。     

基于刀具磨损的钛合金薄壁件加工变形研究

针对钛合金薄壁结构件切削加工过程中的切削力和刀具磨损进行了实验,得到了切削ZTC4钛合金的切削力和刀具磨损的经验公式。根据该薄壁结构件的实际加工情形建立了有限元分析模型,利用生死单元法、移动载荷技术和刀具磨损量线性叠加方法,模拟得到了该型薄壁件的加工变形规律,最后实际加工了一个零件,利用三坐标测量仪测量得到了零件的实际变形值,通过比对仿真值,进一步验证了有限元模型的准确性。研究结果表明,该有限元模型能够比较准确预测薄壁结构件的加工变形情况,对实际生产具有指导意义。     

超声雾化辅助切削钛合金的表面质量和刀具磨损

为了减轻钛合金干式切削时的刀具磨损,提高试件表面质量,提出了一种水基切削液超声雾化辅助切削的方法.首先,以TC4钛合金为切削对象,进行了钛合金干式切削试验.然后,以纳米级水溶性油基切削液与去离子水混合后形成的乳化液为雾化介质,由超声雾化器转化为微小液滴并作用于刀工界面,进行了超声雾化辅助切削试验.最后,对比分析了超声雾化辅助前后,TC4工件表面粗糙度、刀具磨损、元素扩散和切屑形貌等情况.实验结果表明:与干式切削相比,超声雾化辅助切削后的钛合金表面粗糙度降低47.6％、后刀面刀具磨损值最大降低36μm、刀具表面Ti、O元素含量分别从78.72％、6.32％减少到75.49％、1.85％.     

钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削切屑特征和刀具磨损研究

难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试验。从切屑特征以及刀具后刀面磨损两个方面研究了高速超声椭圆振动铣削参数匹配对钛合金加工的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点推导出高速超声椭圆振动铣削加工参数与振动参数间的匹配关系,然后利用本实验室自行研制的超声椭圆振动铣削装置进行了不同参数匹配关系下的验证性切削试验。试验结果表明：合理的参数匹配使得超声椭圆振动铣削在高速条件下依然能够实现分离型断续切削加工。相比普通铣削加工,分离型的高速超声椭圆振动铣削能够获得更加微细的切屑,切削热能够被及时地带走;良好的切削条件使得刀具的后刀面磨损均匀而缓慢,从而延长刀具的使用寿命;高速超声椭圆振动铣削能够有效地提高生产效率。     

基于射流支撑薄壁件镜像加工尺寸误差补偿设计

低刚度薄壁件在切削加工过程中因切削力而容易产生切削变形和切削振动等尺寸误差,对薄壁件产生尺寸误差的影响因素进行分析,并针对薄壁件在切削过程中因受切削力作用而产生尺寸误差,设计了一种应用水射流镜像加工薄壁件的新型加工工艺方法,以此减小薄壁件的尺寸误差。最后,通过实验验证了水射流镜像加工技术可有效的提高薄壁件的加工精度。