Experimental Investigation on Electrical Discharge Drilling of Ti-6Al-4V Alloy

This article describes the experimental investigation related to creation of holes in aerospace titanium alloy workpiece using static electrode machining and electrical discharge drilling (EDD) process. Special attachment for holding and rotating the tool electrode was developed and installed on electrical discharge machining (EDM) machine by replacing the original conventional tool holder provided on die sinking EDM. The effect of input parameters such as gap current, pulse on-time, duty factor and RPM of tool electrode on output parameters for average hole circularity (C_a) and average surface roughness (R_a) have been studied. It is observed that the effect of rotating electrode machining has considerable influence on the output parameters over stationary electrode machining. The micro-graphs and photographs of few selected samples were taken by SEM and metallurgical microscope, which also commensurate with the findings of the study.     

混粉电火花加工Ti-6Al-4V钛合金表面强化研究

以石墨为工具电极,在精密电火花成型机床上进行混粉电火花加工,对Ti-6Al-4V钛合金表面进行强化处理。利用TR200手持式粗糙度仪对传统电火花加工和混粉电火花加工的表面进行粗糙度的测量,并利用SEM、XRD等研究混粉电火花加工参数对加工表面层的影响。在MMU-10G型摩擦磨损试验机上对基体表面、普通电火花加工工件及磁力搅拌混粉电火花加工工件表面进行摩擦磨损试验。磁力搅拌混粉电火花加工使得工件表面的粗糙度降低且随着峰值电流和脉冲宽度的增大而增大,提高了工件表面质量。随着峰值电流和脉冲宽度的增大强化层越均匀、致密性越好且强化层越厚。工件表面还生成了TiC硬质合金相使工件表面耐磨性得到提高,工件表面性能显著改善。混粉电火花加工后工件表面得到强化。     

氢对热变形TC4钛合金显微组织的影响

研究了渗氢TC4钛合金热变形后及除氢处理后的显微组织.结果表明:渗氢TC4钛合金组织中的氢化物随氢含量增加逐渐长大;应变速率增加时,亚晶变形增加;除氢后由于动态回复亚晶界变得清晰光滑,亚晶内位错密度降低.     

砂带干式磨削Ti-6Al-4V钛合金的磨削力

对砂带干式磨削Ti-6Al-4V钛合金的的磨削力进行了测试,分析了磨削参数对磨削力的影响;用动态测力仪、三维体式显微镜、粗糙度仪和显微硬度计对磨削试样表面质量进行了分析,提出了砂带磨削工艺参数的优化方案。结果表明:在砂带干式磨削条件下,磨削力随着磨削深度和工作台进给速度的增大而增加,随着砂带线速度的提高而减小;在砂带线速度为15 m.s-1,工作台进给速度为315 mm.min-1,磨削深度为0.025~0.1 mm时,合金表面粗糙度Ra≤0.35μm。     

Ti-6Al-4V合金激光辅助铣削的刀具磨损特性

对激光辅助铣削钛合金Ti-6Al-4V进行了实验研究,分析了切削力、切屑形貌和刀具的磨损特性。结果表明,与普通铣削相比,激光辅助铣削条件下,刀具切向的切削力明显减小,刀具径向的切削力略有增大;随着激光功率的增大,钛合金切屑呈现出从锯齿形向连续形过渡的特征,不再具有明显的绝热剪切带;与普通铣削时刀具崩刃的损伤不同,激光辅助铣削时刀具的磨损主要表现为后刀面磨损;激光辅助铣削可以减小后刀面的最大磨损量,但并不能改善后刀面平均磨损量。激光辅助铣削时,刀具寿命得到了延长,当后刀面的平均磨损量在0.15~0.20mm之间时,可以降低刀具的磨损速度,从而延长刀具的使用寿命,但激光辅助铣削并不能降低刀具的初期磨损速度。     

切削置氢TC4钛合金切削力及切削温度的有限元分析

利用有限元技术,研究了氢含量对TC4钛合金切削力及切削温度的影响规律,并对高速切削时的切削力、切削温度的规律进行了预测.利用电子万能材料试验机及霍普金森压杆装置获取了不同应变速率及温度时置氢钛合金的流变行为,通过数据的拟合得到了Johnson-Cook(J-C)本构方程,据此建立了切削数值模型.切削力及切削温度的模拟结...     

置氢对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响

为掌握置氢改善钛合金切削性能的机理,利用光学显微镜与X射线衍射仪分析了置氢Ti-6Al-4V合金的显微组织,采用热膨胀仪与热常数测试仪测定了该合金的热膨胀系数和导热系数,通过高温拉伸试验研究了该合金的力学性能。结果表明:置氢后,随着氢含量的增加,合金中的β相比例提高,并且生成了δ氢化物;与未置氢钛合金相比,在900℃时的热膨胀系数最大降幅为6%,而导热系数在500℃时的增幅最大,为40%;置氮后的钛合金,在800℃时抗拉强度与伸长率的降幅分别为19%和74%。     

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应及其影响

采用扫描电镜和透射电镜研究了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,并借助纤维顶出试验和有限元方法,分析了界面反应层厚度对界面剪切强度和残余热应力的影响.结果表明:SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应产物主要为TiC,其又分为二层,晶粒较粗大的TiC层靠近基体钛合金,晶粒细小的TiC层靠近SiC表面的碳涂层;随着反应层厚度的增加,界面抗剪强度提高,纤维和反应层内的径向残余热应力有所增大,反应层内的环向残余热应力分布有所改变.     

高速铣削钛合金Ti-6Al-4V切削力仿真研究

切削力对工件的机械加工性和刀具磨损有重要的影响。基于有限元仿真技术,针对钛合金Ti-6Al-4V高速铣削力进行数值仿真,重点研究切削参数对铣削力的影响规律。结果表明:随着每齿进给量和径向切深的增加,切削力有不同程度的增加;随着轴向切深的增加,切削力呈正比增加趋势,但主轴转速对铣削力影响并不明显。分析结果为钛合金Ti-6Al-4V高速铣削加工工艺参数优化奠定了基础。     

低温气动喷雾射流冲击冷却技术在钛合金磨削中的应用

针对钛合金磨削加工中容易造成工件烧伤及加工质量不易保证的难题，提出了一种新的高效冷却技术——低温气动喷雾射流冲击冷却技术，并依据此思想开发出一套低温气动喷雾射流冲击冷却系统，将其应用于钛合金的磨削加工中。试验结果表明，相对于低温冷风和常规浇注冷却，低温气动喷雾射流冲击冷却具有明显的冷却优势，它可将磨削温度和工件表面粗糙度控制在较低的水平。     

航空钛合金Ti6Al4V微细铣削加工数值模拟与试验研究

根据实际微细铣削加工方法,采用DEFORM软件建立螺旋立铣刀铣削加工分析模型,利用该模型分析硬质合金刀具铣削加工航空用钛合金Ti6Al4V过程中的铣削力变化,在相同条件下进行铣削加工试验。试验结果表明:随着铣削的进行,刀具与切屑逐步接触,各个铣削方向切削力逐渐增加;随着铣削的进行,切削厚度逐渐减小、铣削温度升高、工件材料力学性能和铣削力开始降低;铣削深度、单齿进给量及铣削速度对铣削力均有不同程度的影响,其中单齿进给量影响最大。     

SURFACE INTEGRITY OF HIGH-SPEED FACE MILLED Ti-6Al-4V ALLOY WITH PCD TOOLS

This study is focused on the machined surface integrity of Ti-6Al-4V alloy using polycrystalline diamond (PCD) tools under wet milling condition. The surface integrity in terms of surface roughness, surface topography, microhardness, microstructure, and metallurgical alternations is investigated. The observations and conclusions are primarily focused on the effect of cutting speed (250–2,000 m/min) on the surface and subsurface of the machined Ti-6Al-4V. Experimental results show that machined surface integrity of Ti-6Al-4V alloy is sensitive to the variation of cutting speeds. Obvious machining (feed) marks can be found on the machined surfaces. Micro hardness examinations showed 5–20% hardening of the top machined surfaces than the bulk material. The analyses of microstructure and metallurgical alternations reveal that slight subsurface microstructure alteration such as plastic deformation on the subsurface and no phase transformation were observed. The evolution of crystallographic texture induced by the intense plastic deformation of the machined surface should be responsible for the modifications of the peak intensity radios in XRD patterns as well as higher peak broadening crystal structures.     

大面积钛合金电火花加工放电产物运动规律研究

在大面积钛合金电火花加工过程中,容易造成电蚀产物聚集且不易冷却从而产生集中放电、拉弧及短路现象,严重的甚至会烧伤工件的表面。因此,为了实现持续稳定的正常火花放电,在放电过程中放电点的位置分布必须均匀。电火花放电产生的气泡及加工屑是影响放电点分布均匀性的关键因素。为此,首先通过计算流体动力学软件Fluent对气泡的运动规律进行了仿真分析,然后通过高速摄像机拍摄透明电极下气泡的运动规律验证仿真的可靠性。结果表明气泡在间隙内的运动经过了膨胀、收缩及破裂的过程。通过试验对脉冲放电产生的加工屑颗粒的直径分布及数量进行了研究,并对加工屑在放电瞬间的抛撒机理做出了合理的假设,建立了电火花加工过程中放电间隙流场的气液固混合相三维模型,仿真分析了气泡运动对加工屑运动的影响规律。研究发现加工屑在气泡内部时,由于空气对加工屑的阻力小于工作液对气泡膨胀的阻力,加工屑快速向气泡的边界靠近。而当加工屑穿透气泡的边界进入工作液中后其速度迅速降低,且随着气泡的收缩逐渐靠近放电发生的位置。因此可以通过改变脉冲间隔实现控制气泡的大小及加工屑的分布,从而可以有效避免集中放电提高放电点分布的均匀性。     

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。     

基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹,其弹性模量对回弹影响较大,但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象,进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载-卸载实验,以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律,在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型,对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果,进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示,前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度,预测精度相比后者提高了31.18%。     

高速铣削钛合金Ti-6Al-4V切屑形态试验研究

对高速铣削的切屑进行了微观组织研究,建立了切削要素、切屑形态、切削力、表面粗糙度等因素之间的关系。研究发现,切削速度越高,热量向外扩散的时间越少,聚集在剪切带内的热量越多,剪切带内发生动态再结晶的可能性也就越高,大量的热量促进了剪切带内的热塑性失稳,进而使绝热剪切带产生的频率大幅度提高,切屑的锯齿化程度也就随之加大;计算了不同切削条件下绝热剪切带中心的温度、热量扩散速度等,发现热量扩散速度远低于其变形速度,进而证明了高速切削钛合金Ti-6Al-4V时,绝热剪切带内发生了动态再结晶现象。考虑到再结晶软化效应对材料本构的影响情况,建立了改进J-C本构模型,该模型用两个表达式表述不同临界应变值区间范围的材料本构特征,理论计算证明了改进J-C本构比J-C本构更准确。     

Comparative investigation on using cryogenic machining in CNC milling of Ti-6Al-4V titanium alloy

Ti-6Al-4V titanium alloy is one of the most important materials in industry, 80% of which is used in aerospace industry. Titanium alloys are also notoriously difficult-to-machine materials owing to their unique material properties imposing a major bottleneck in manufacturing systems. Cryogenic cooling has been acknowledged as an alternative technique in machining to improve the machinability of different materials. Although milling is considered to be the major machining operation for the manufacture of titanium components in aerospace industries, studies in cryogenic machining of titanium alloys are predominantly concentrated on turning operations. To address this gap, this article provides an investigation on the viability of cryogenic cooling in CNC end-milling of aerospace-grade Ti-6Al-4V alloy using liquid nitrogen in comparison with traditional machining environments. A series of machining experiments were conducted and surface roughness, tool life, power consumption, and specific machining energy were investigated for cryogenic milling as opposed to conventional dry and flood cooling. Analysis revealed that cryogenic machining using liquid nitrogen has the potential to significantly improve the machinability of Ti-6Al-4V alloy in CNC end-milling using solid carbide cutting tools and result in a paradigm shift in machining of titanium products. The analysis demonstrated that cryogenic cooling has resulted in almost three times increased tool life and the surface roughness was reduced by 40% in comparison with flood cooling.     

电火花加工TC4钛合金时电极损耗的探讨

从试验出发，在相同的条件下，用电火花成型加工方法加工钛合金TC4，分别使用紫铜和铜钨合金电极作对比试验研究。并对用不同电规准加工时的电极损耗机理和生产率（加工速度）作出了分析和探讨，得出了相应的结论。     

钛合金加工特性分析及刀具选择

钛合金因其性能的优越性,在航空、航天、石油、化工、汽车和核武器事业等生产领域得到了广泛的应用,但在数控加工钛合金过程中,存在切削效率低下、刀具耐磨性差、切削排屑困难等加工难题.本文通过多次加工试验和研究,总结出了一套加工钛合金的方法,取得了较为理想的切削效果.     

工件预加载温度对Ti-6Al-4 V车削过程的影响

通过对比仿真和试验的切削力、切屑形态和锯齿化程度验证了仿真模型的可行性,然后用仿真分析的方法研究了工件预加载温度对切屑形貌、切削力和切削温度的影响,获得了锯齿形切屑转变为带状切屑的临界工件预加热温度。结果表明:随着预加载温度的增加,切屑变形减少;在v=50m/min时,锯齿形切屑转变为带状切屑的临界预加载温度为150℃～200℃;切削速度v=110～170m/min时,临界预加载温度为250℃左右。