砂布轮数控抛光力的试验分析与建模

为科学控制砂布轮的抛光力、提高航空发动机叶片的表面完整性和力学性能,通过单因素试验分析了工艺参数对砂布轮抛光力的影响规律;对抛光力重复性和材料切除量进行试验分析,确定了砂布轮转速和压缩量的二元二次回归正交旋转组合试验范围;利用二元二次回归正交旋转组合试验结果建立了法向抛光力预测模型,分析了法向抛光力和切向抛光力的相关性;分析了抛光力对抛光表面粗糙度的影响规律及机理,并做了整体叶盘叶片(叶背)抛光试验,结果证明,通过合理控制抛光力可以获得合格的表面粗糙度,且效率比人工操作有显著提高。     

叶片前后缘百页轮抛光工艺参数优化

为改善叶片前后缘的表面质量、提高航空发动机的性能和寿命,对叶片前后缘百页轮抛光工艺进行研究。通过分析前后缘抛光存在的问题,结合砂带百页轮的抛光加工特点,提出前后缘百页轮柔性抛光工艺方法;基于Preston方程对抛光材料去除率进行分析,获得了影响抛光表面粗糙度的主要工艺参数(百页轮粒度、法向力、主轴转速和进给速度);采用响应面法设计抛光加工实验,分析了主要工艺参数及其交互作用对表面粗糙度的影响,建立了主要工艺参数与表面粗糙度的二阶预测模型,并得到最优工艺参数域和最优抛光工艺参数组合。前后缘百页轮抛光实验检测结果表明:前后缘表面质量明显改善,满足表面粗糙度小于Ra0.4μm的质量要求。     

砂布轮柔性抛光表面完整性关键表征参数研究

航空发动机叶片表面完整性严重影响叶片疲劳强度和服役寿命.为掌握砂布轮柔性抛光叶片表面完整性关键表征参数,基于"数控机床+柔性磨头+弹性磨具(砂布轮)"的抛光工艺装备开展了TC4叶片抛光试验和表面完整性检测,对比了抛光前后表面完整性各项表征参数变化,分析了变化机理,结果表明:砂布轮柔性抛光对叶片表面粗糙度、表面微观形貌、表面残余应力、表面显微硬度有明显改善,对深度方向残余应力、深度方向显微硬度、微观组织没有影响.研究结果为砂布轮抛光表面完整性控制提供了依据.     

砂布轮柔性抛光表面完整性关键表征参数研究

航空发动机叶片表面完整性严重影响叶片疲劳强度和服役寿命.为掌握砂布轮柔性抛光叶片表面完整性关键表征参数,基于"数控机床+柔性磨头+弹性磨具(砂布轮)"的抛光工艺装备开展了TC4叶片抛光试验和表面完整性检测,对比了抛光前后表面完整性各项表征参数变化,分析了变化机理,结果表明:砂布轮柔性抛光对叶片表面粗糙度、表面微观形貌、表面残余应力、表面显微硬度有明显改善,对深度方向残余应力、深度方向显微硬度、微观组织没有影响.研究结果为砂布轮抛光表面完整性控制提供了依据.     

砂布轮柔性抛光力影响参数敏感性分析

砂布轮有较大柔性,可用于复杂曲面抛光。为了掌握砂布轮抛光工艺参数对抛光力的影响规律,提高抛光质量,设计了四因素三水平正交试验,利用试验结果建立了抛光力预测模型,验证了模型的显著性;分析了影响参数的敏感性,结果表明:抛光力对砂布轮初始半径变化最敏感,对压缩量变化敏感程度次之,对粒度变化敏感程度一般,对转速最不敏感;抛光试验表明通过对敏感参数的控制可以实现理想的抛光效果。     

整体叶盘自适应柔性抛光效率优化

针对整体盘叶片型面抛光,"五轴数控+柔性磨头+弹性磨具"抛光工艺装备具有精度高、干涉小、自适应性好等优点;为提高抛光质量和抛光效率,根据弹性磨具(砂布轮)抛光原理建立了抛光效率的数学计算式,给出了抛光效率的优化方法;通过正交试验结果的灰色关联度分析获得了基于效率的工艺参数优化组合;叶片抛光试验结果表明:基于效率优化的工...     

基于响应曲面法的YG8硬质合金刀片化学机械抛光工艺参数优化

为了快速确定YG8前刀面抛光的最佳工艺参数,提高加工效率和精度,利用响应曲面法对YG8硬质合金刀片抛光工艺进行优化试验研究。通过单因素试验确定抛光转速、抛光压力、磨粒粒径和磨粒浓度的水平,并对4个工艺参数进行中心复合设计试验。建立了材料去除率RMR和表面粗糙度Ra的预测模型,基于响应曲面法优化工艺参数获得最佳工艺参数为抛光转速65.5 r/min、抛光压力156.7 kPa、磨粒粒径1.1 μm、磨粒浓度14%,此时得到了最小表面粗糙度预测值Ra=0.019 μm,材料去除率RMR=56.6 nm/min。试验结果表明,基于响应曲面法的材料去除率与表面粗糙度预测模型准确有效。     

基于灰色关联分析的叶片砂带抛光参数优化

针对复杂曲面构件抛光过程中表面粗糙度的最小化与材料去除率的最大化等多目标优化问题,采用正交实验方法设计四因素三水平的钛合金试件数控砂带抛光实验;基于灰色关联分析将多目标优化问题转化为单目标优化问题,利用主成分分析法确定表面粗糙度和材料去除率对灰色关联度的影响权重;通过对实验数据的回归分析,建立灰色关联度与主要抛光工艺参数(砂带粒度、砂带线速度、工件进给速度和抛光深度)的二阶预测模型;基于各工艺参数对表面粗糙度、材料去除率和灰色关联度的影响规律进行分析,确定抛光工艺参数优化方案。利用响应曲面求解工艺参数优化问题并进行叶片抛光实验,结果表明:该优化方法获得的工艺参数组合可在满足表面粗糙度要求的基础上大幅度提高抛光材料去除率。     

砂布轮抛光工艺参数对TC4材料切除深度影响规律研究

铣削成型的航空发动机整体叶盘,其叶片型面为空间自由曲面,曲率变化大,严重制约了抛光表面质量均匀一致性.为掌握砂布轮柔性抛光工艺参数对材料切除深度影响规律,基于"数控机床+柔性磨头+弹性磨具(砂布轮)"的抛光工艺装备,开展了TC4试件单因素抛光试验,分析了工艺参数对材料切除深度的影响规律,开展正交试验建立了材料切除深度预测模型;计算了材料切除深度对工艺参数相对灵敏度,结果表明材料切除深度对压缩量最敏感,对转速比较敏感,对进给速度敏感度一般,对粒度敏感度最小;最后开展了抛光实验,结果表明实际测量切除轮廓和预测轮廓基本一致,证明了预测模型是可靠的,能用于材料切除深度预测,为提高抛光表面质量一致性提供依据.     

叶片抛光表面粗糙度与残余应力优化分析

为了改善发动机叶片的表面粗糙度与残余应力,以提高其工作寿命和机械性能,采用单因素实验结合表面微观形貌分析了各工艺参数对粗糙度与表面残余应力的影响规律;设计关于抛光后钛合金叶片表面粗糙度与残余应力的正交试验,结合单因素实验,分别建立粗糙度与残余应力预测模型,根据预测模型对粗糙度与残余应力进行敏感性分析并划分稳定域;通过灰...     

砂布轮抛光对工件表面质量的影响研究

针对航空起落架加工中人工抛光的一些不确定因素(工件材料不易控制、抛光不均匀等),该研究利用柔性砂布轮分别对航空起落架常用材料300M钢和A-100钢进行正交抛光试验,从抛光深度、抛光时间和粒度等方面分析了人工抛光时柔性砂布轮对工件表面质量(表面粗糙度和残余应力)的影响规律;并通过极差分析法分析出人工抛光参数的影响趋势,...     

柔性抛光对叶片表面波纹度影响机制研究

为掌握砂布轮柔性抛光对航空发动机叶片表面波纹度影响机制,采用傅立叶变换(FFT)分析获取了柔性抛光磨具系统振动主要频谱,利用小波分析法获取了试件柔性抛光前后表面波纹频谱信息。分析结果表明：砂布轮柔性抛光过程会产生间歇式强迫振动,且强迫振动激振频率与砂布轮转速成线性关系;砂布轮柔性抛光没有彻底去除铣削残留的波纹信息,但波纹度值显著降低;强迫振动高频信息会复印在试件柔性抛光表面,形成新的致密的规律性纹理。通过分析柔性抛光表面三维形貌证实了小波分析结果的可靠性。     

盖板件高效铣削表面粗糙度预测与工艺参数优化

为了保证7075铝合金盖板件铣削表面质量和提高铣削加工效率,进行工艺参数优化,通过响应曲面法(RSM)构建铣削加工表面粗糙度预测模型,分析铣削工艺参数对表面粗糙度的影响规律。基于表面粗糙度预测模型建立高效铣削工艺参数优化目标方程,采用改进的粒子群算法(PSO)对目标方程进行优化,运用优化后的工艺参数对某盖板件进行铣削加工。试验结果表明：采用优化后的工艺参数进行盖板件铣削加工可以满足表面粗糙度要求,验证了预测模型的准确性和改进PSO方法的可行性。     

GH4169叶片表面粗糙度和残余应力的砂布轮抛光工艺参数区间优选

为获得理想的GH4169抛光表面粗糙度和表面残余应力,提出了面向多目标的抛光工艺参数优选区间划分方法,设计了五因素三水平抛光正交试验;根据试验结果标准差计算了工艺参数对各优化目标影响的权重系数,并将多优化目标变换为综合优化目标;通过趋势图分析了各个优化目标随工艺参数增大的变化机理及趋势;按照所提方法确定了工艺参数优选区...     

叶片抛磨表面粗糙度优化预测模型及实验研究

抛磨作为提高叶片表面质量的最后一道工序,能够显著提高叶片表面完整性,表面粗糙度是衡量叶片抛磨后表面完整性最重要的技术指标。采用六自由度机器人+百叶轮弹性磨具对叶片进行抛磨加工,首先采用单因素实验法分析了影响叶片表面粗糙度的主要工艺参数,接着采用正交试验得出了叶片抛磨加工的优化工艺参数区间,最后采用非线性回归模型对表面粗糙度进行了预测。实验验证结果表明,影响叶片表面粗糙度的主要工艺参数依次为百叶轮目数、接触压缩量、抛磨循环次数和机器人进给速度,采用川崎RS20N机器人抛磨某型号精铸汽轮机叶片,优选区间为百叶轮目数（200～600）#之间,接触压缩量为（0.2～1.2）mm,抛磨循环次数为（2～4）次,进给速度为（0.1～0.4）mm/s,在优选工艺区间进行加工,表面粗糙度均低于0.4μm,预测模型和实际抛磨结果误差率低于10%,表明该预测模型能够为实现叶片抛磨工艺参数在线控制和调整提供理论依据。     

磨料水射流抛光生物陶瓷工艺参数优化

生物陶瓷在人体组织、器官替换,修复及功能完善等生物医疗领域具有广泛的应用,但由于陶瓷材料的高硬度和高脆性,使得它的加工相比金属就困难许多,而且直接将其用于人体需要高的表面质量。利用正交试验进行磨料水射流抛光生物陶瓷实验,通过对实验数据的极差分析和方差分析找到抛光的最佳工艺参数组合,通过响应面回归分析,得到表面粗糙度关于加工工艺参数变量的回归模型,并探讨工艺参数与抛光后生物陶瓷表面质量之间的关系。基于遗传算法对工艺参数进行进一步优化,得到最小表面粗糙度值对应的最佳工艺参数值,并通过实验进行了验证。     

钛合金铣削表面粗糙度检测及多元预测模型研究

搭建铣削力与工件表面粗糙度铣削试验系统,设计正交试验方案,对难加工金属TC4钛合金进行铣削试验。利用三向力测力仪采集铣削力信号,用表面粗糙度测定仪测量工件表面粗糙度,并提取特征值。对特征值进行3种正态性检验。研究结果表明,特征值均不满足严格的正态分布。基于Spearman相关性分析,得到三向铣削力与表面粗糙度相关系数均介于0.7～0.8之间,属于极强相关,可以用于构建表面粗糙度预测模型。基于响应面法,分别以铣削工艺参数、铣削力及铣削工艺参数-铣削力组合为连续因子,以表面粗糙度为响应因子做响应面分析,建立了3种表面粗糙度预测模型。通过对模型参数、表面粗糙度拟合值与实测值的对比曲线及残差散点图的分析可知,铣削工艺参数-铣削力组合预测模型的预测精度最高,多元相关系数值为0.917 3,修正的多元相关系数值为0.855 2,远高于其他2种模型,可以较好地预测TC4钛合金的表面粗糙度,证明了采用多因子组合的方法提高模型精度的可行性,提供了一种可靠的提高钛合金铣削表面粗糙度预测精度的方法。     

基于响应曲面法的C/SiC磨削表面质量预测

二维编织碳纤维增强碳化硅复合材料在航空航天领域应用广泛。作为反射镜的基体材料,人们对它的表面质量要求较高,需要提高磨削加工后材料表面的质量。因此,设计并开展磨削工艺参数3因素3水平正交实验,分析各参数对表面质量的影响。以面粗糙度Sa为表面质量评价指标,基于响应曲面法建立面粗糙度Sa预测模型,对磨削表面质量进行预测。根据建立的预测模型,以材料去除率为约束条件,以表面粗糙度为目标,优化磨削工艺参数,并开展磨削实验,以验证预测模型的有效性。     

基于ELID磨削与抛光技术的PDC加工工艺研究

针对聚晶金刚石复合片(PDC)在加工过程中硬度高、精度低等难题,在半精磨阶段采用ELID磨削技术对其进行加工试验以研究其去除机理及存在的缺陷。为解决ELID磨削PDC存在的缺陷,在精加工阶段对PDC进行了抛光试验。通过采用二次通用旋转组合方法对影响PDC表面粗糙度的各工艺参数进行抛光试验设计。首先利用DPS数据处理系统软件对试验结果进行分析得到PDC表面粗糙度二次回归数学模型及各工艺参数对PDC表面粗糙度的单因素和交互作用影响规律。然后利用lingo软件优化得到PDC抛光最佳工艺参数为抛光压力80 kPa,抛光盘转速1 200r/min,抛光液磨粒粒度2μm,抛光时间45 min,并在此最佳工艺参数下抛光PDC获得表面粗糙度为15 nm的已加工表面。     

内齿珩轮强力珩齿齿面粗糙度预测与工艺参数优化

为了有效降低汽车高档变速箱齿轮传动噪声,针对强力珩齿工艺参数对齿轮表面粗糙度Ra的影响,在一定工艺参数范围内采用响应曲面法设计强力珩齿试验,并建立Ra预测模型,分析强力珩齿的珩轮转速nH、Z向进给量fZ和X向进给量fX等工艺参数对被珩齿面Ra的影响规律;在满足齿面Ra≤0.36μm的精度下,通过布谷鸟搜索算法优化出最大强力珩齿效率的一组工艺参数。结果表明,在一定内齿珩轮强力珩齿工艺参数范围内,nH对被珩齿轮工件表面粗糙度影响最大,fZ和fX的影响程度基本相当,通过响应曲面法建立的表面粗糙度模型置信度高;经优化的一组强力珩齿工艺参数所加工的齿轮表面粗糙度Ra值满足齿面精度要求,可在珩齿前对被珩齿轮工件表面质量进行预测和控制。