微晶刚玉砂轮磨削钛合金TC17试验研究

使用大气孔与普通气孔两种微晶刚玉砂轮开展钛合金磨削试验,研究磨削参数与气孔尺寸对磨削工件表面完整性的影响。试验结果表明:砂轮转速27m/s,磨削深度10μm时,可获得较好的表面质量;同普通砂轮相比,大气孔微晶刚玉砂轮磨削钛合金工件的表面质量更好、微观组织变化和表面残余应力更小。大气孔砂轮具有较好的容屑、排屑、冷却能力,使磨削温度降低、磨削力减小,是获得较好表面完整性的主要原因。     

钛合金TC4高速铣削参数对铣削力的影响研究

钛合金高速铣削因其高效率、高质量、小变形等优点,广泛应用于航空、航天、船舶、军工制造等行业。针对难加工材料TC4(Ti-6Al-4V)的高速铣削加工技术,开展了铣削深度、铣削宽度、每齿进给量、主轴转速的四因素三水平正交试验,分析各铣削参数对铣削力的影响。实验过程中将铣削力分解为切向铣削力、径向铣削力和轴向铣削力,采用多元线性回归分析法,建立了各向铣削力模型,并进行了显著性检验。为验证模型的准确性,设计了新的加工实验进行验证。实验结果表明:该模型准确度高,能够预测铣削过程中的各向铣削力。     

金刚石砂轮磨削钛合金时的磨削力研究

为解决金刚石砂轮磨削钛合金时材料弹性模量低、弹性形变大等问题,从理论上对砂轮的受力状态进行分析。基于切屑分离准则和材料摩擦属性,构建钛合金磨削时的受力模型,并对单颗磨粒的受力状态进行有限元仿真。设计钛合金磨削加工试验,研究工艺参数变化对砂轮磨削力的影响规律。结果表明：砂轮磨削速度增加,磨削力逐渐降低;当进给速度和磨削深度增加时,磨削力增加。当磨削工艺参数改变时,砂轮的切向和法向磨削力的变化趋势大致相同,切向和法向磨削力的比值为0.29～0.37。且磨削力的理论值和试验值的变化趋势基本一致,二者相对误差的平均值在5%以内,验证了磨削力理论模型的正确性。     

杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮磨削力研究

本文通过对杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮的试验，对以研磨为主要因素的修整磨削力进行了研究，从磨削模型、砂轮参数、工艺参数等方面研究了修整时的磨削力规律，并用角正回归法推导了磨削力试验公式。实验结果表明：砂轮变速磨削，径向磨削力降低，切深量对磨削力的影响最大，而低速磨削时磨削力最大。磨削力信号是一种平稳的周期振动信号。角正回归法是一种高精度的回归法。变速磨削时修整效率最佳。     

TC17钛合金线性摩擦焊工艺研究及显微组织分析

采用不同焊接频率（20-50Hz）、振幅（1-4mm）、摩擦压力（32-96MPa）对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金进行线性摩擦焊试验研究,分析了不同焊接参数对钛合金线性摩擦焊接头质量的影响及接头不同区域显微组织演变规律。结果表明：热输入不足时,无法得到良好的焊接接头,其他焊接工艺参数不变时,随着单一参数的增加,热输入量迅速升高,焊接过程达到稳定状态,参数对焊接过程及接头质量的影响较小。TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头焊缝区域在焊接过程中发生了明显的相变及动态再结晶,形成亚稳定β相;两侧热力影响区由于受到热力耦合的作用,等轴及板条状α相沿着振动方向拉长,针状次生α相完全溶解。     

TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头界面研究

采用OM、SEM、TEM等手段对TC11和TC17钛合金线性摩擦焊接界面的显微组织进行了分析。结果表明,在焊合界面处发生了动态再结晶,形成了共有晶粒和共有晶界,共有晶粒内焊合界面处形成了一个相界面。合金元素在共有晶界和共有晶粒内相界面处均发生了相互扩散。在共有晶粒和共有晶界形成过程中对溶质元素的排斥、吸附与拖曳作用下,共有晶粒内相界面处合金元素的变化范围比共有晶界处宽,且焊合区相界面处的成分变化要大于相内部。焊合界面处形成了大量细小的针状α相,其内有大量的变形孪晶。共有晶粒内的焊合界面的微观结构包括2个界面(两侧材料各自的再结晶生长界面)和2个生长区(有序和无序),该处动态再结晶也有类似于凝固结晶的有序和无序结晶过程。     

微晶陶瓷刚玉砂轮对微电机转子轴的磨削性能评价

针对目前微电机转子轴无心外圆磨过程中砂轮修整频繁的问题,采用微晶陶瓷刚玉砂轮替代传统刚玉砂轮磨削微电机转子轴。通过搭建平面磨削工艺平台,参考无心磨砂轮修整及其磨削加工参数,从磨削温度、工件表面粗糙度、表面微观形貌、磨削比等方面,对比分析微晶陶瓷刚玉砂轮与传统刚玉砂轮的磨削性能。结果表明:相对传统刚玉砂轮,微晶陶瓷刚玉砂轮不仅有效改善磨削温度（降低38.5％）,提高工件表面加工质量（表面粗糙度降低78.6％）,还具有较高的砂轮磨削比（提高2.2倍）。选用微晶陶瓷刚玉砂轮对微电机转子轴进行无心磨生产线验证,结果表明:微电机转子轴无心磨样件的各项检测结果均满足实际生产指标要求,且较传统刚玉砂轮延长了1.6倍的修整周期,在提高加工质量的同时,显著提高了生产效率。      

TC17钛合金高温变形行为研究

采用Gleeble 3500D热模拟试验机对TC17钛合金进行了高温压缩试验。其变形温度为973～1223 K,应变速率为0.001～10 s~(-1),应变0.9。结果表明:TC17钛合金高温流变应力对应变速率和变形温度非常敏感。在温度为1123,1183和1223 K,应变速率为10 s~(-1)时,TC17钛合金的流动应力出现了明显的应力不连续屈服现象。利用Zener-Holloman参数建立了TC17钛合金的高温本构方程,与试验结果对比表明:该方程可以准确地描述TC17钛合金的的高温流动行为。基于动态模型,建立了TC17钛合金的热加工图,并结合微观组织分析验证了加工图的准确性。     

高速磨削砂轮磨损对磨削表面质量的影响研究

基于陶瓷CBN砂轮对渗碳钢20Cr Mn Ti开展了高速外圆磨削试验。在外圆磨削余量和工艺参数固定的情况下对工件进行连续磨削,以工件上的磨除体积为砂轮磨损指标,考察了砂轮磨损对工件表面粗糙度、残余应力、表层金相组织和显微硬度变化的影响。实验结果表明工件表面粗糙度会随着砂轮磨损而上升,表面残余应力随着砂轮磨损逐渐呈现拉应力的趋势,磨削表面会出现回火软化变质层。该结果可为进一步研究高速磨削机理及优化工艺参数提供依据。     

陶瓷结合剂CBN砂轮高速磨削钛合金TC4-DT

针对钛合金磨削温度高、磨削表面质量难以控制等特性,采用陶瓷结合剂CBN砂轮开展了TC4-DT钛合金高速磨削实验研究,研究了磨削用量对磨削温度、磨削力和磨削表面形态影响规律及机制。结果表明:砂轮线速度和磨削深度对钛合金TC4-DT磨削力、磨削温度及表面粗糙度影响最为显著,而工作台速度对其影响不明显。砂轮线速度在60~80 m/s时,磨削温度较低,磨削表面质量良好;而砂轮线速度达100 m/s后,磨削温度急剧上升,磨削表面出现斑状涂覆物、微裂纹等热损失缺陷。选择合理高速磨削工艺可获得良好磨削表面质量并提高加工效率。     

静电喷涂涂层砂轮磨削钛合金工件温度研究

针对钛合金材料难磨削加工的特点,设计了一种静电喷涂砂轮涂层系统和实验砂轮,完成了干式磨削钛合金的实验,分析了不同磨削条件对磨削温度的影响规律。研究表明:采用静电喷涂固体润滑剂涂层砂轮磨削加工钛合金,在同样的加工条件下,磨削深度为0.2 mm时,未涂层砂轮磨削温度接近900℃,涂层砂轮磨削温度不超过600℃。固体粉末静电喷涂润滑砂轮涂层可有效降低磨削温度。      

涂敷六方氮化硼的电镀cBN磨头磨抛钛合金的试验研究

钛合金在磨抛加工时容易产生烧伤和黏附现象,严重影响其磨抛质量。本文利用超声振荡的方法,将六方氮化硼和缩丁醛制备成固体润滑剂并均匀涂敷在电镀cBN磨头上,对TC4钛合金进行了磨抛试验。试验结果表明：涂敷六方氮化硼润滑剂的磨头磨抛钛合金时,能获得Ra为1.30μm的磨抛表面,且磨削加工性能要优于无润滑剂的单层电镀cBN磨头。     

喷丸对钛合金TC4磨削加工表面完整性的影响

对4种表面状态(磨削1,磨削2,磨削1+喷丸以及磨削2+喷丸)的钛合金TC4开展了表面完整性研究.测试了4种表面状态的粗糙度、残余应力和半高宽,并确定了室温疲劳极限.结果表明,磨削工艺对于钛合金TC4的半高宽和疲劳性能有较大影响,不同工艺磨削后X射线衍射峰半高宽分别为2.1.和2.5.,旋转弯曲疲劳极限分别为406 MPa和432 MPa;而喷丸后,由于表面强化层深度大于磨削影响层,残余压应力和加工硬化的作用大幅度提高了疲劳极限,并使不同加工状态的试样疲劳性能趋近一致(585 MPa和594 MPa),消除了由于磨削方法不同导致的表面完整性差别.     

55钢CBN砂轮平面磨削的磨削力模型研究

本文建立了基于未变形磨屑厚度的磨削力计算模型。根据55号钢的CBN砂轮平面磨削实验,首先采用随机方向搜索法对切向力模型进行优化拟合,再根据拟合的参数对法向力模型进行优化,得出了CBN砂轮与工件之间的摩擦系数和磨粒顶锥角。分析了摩擦力在磨削力中所占比重的影响因素,结果表明:当切深不变时,随着vs/vw比值的增加,磨削力以及摩擦力在磨削力中所占的比重均下降,但当磨粒间距增加时,磨削力减小,而摩擦力在磨削力中所占比重增加。     

树脂结合剂金刚石砂轮精密磨削单晶硅片的磨削力研究

通过对树脂结合剂金刚石砂轮磨削单晶硅片的轴向磨削力Fz的变化规律的研究,分析了单晶硅片在磨削过程中轴向磨削力与磨削工艺参数之间的关系。通过改变砂轮的轴向进给速度、砂轮线速度和砂轮粒度等工艺参数,找出了这些工艺参数对轴向磨削力Fz的影响规律,并建立了轴向磨削力的经验公式。结果表明:树脂结合剂金刚石精密磨削单晶硅片时,轴向磨削力随着砂轮的轴向进给速度vf和磨粒粒径的增大而增大,随着砂轮线速度vs的增大而减小,且这三个工艺参数中,砂轮轴向进给速度vf对轴向磨削力的影响最大。     

单颗磨粒磨削钛合金TC4成屑过程仿真研究

采用有限元模拟技术对钛合金TC4材料的单颗磨粒磨屑形成过程进行了仿真研究.研究表明:钛合金TC4在单颗磨粒磨削过程中发生绝热剪切,形成锯齿状磨屑;磨削过程中单颗磨粒磨削力成周期变化;磨粒负前角增大,锯齿化程度加深;磨削速度提高,磨屑剪切带宽度减小;仿真分析得到的磨屑形态与实验结果相一致.     

CBN砂轮和刚玉砂轮磨削45淬硬钢的对比试验研究

通过分别采用国产陶瓷结合剂CBN砂轮与刚玉砂轮对45淬硬钢工件进行磨削试验，对磨削过程中的参数：磨削比和砂轮磨损进行对比。试验结果表明：砂轮线速度对磨削比有显著影响。①当采用普通速度（Vs=35m／s）对45淬硬钢工件进行磨削时，陶瓷结合剂CBN砂轮的磨削比是白刚玉砂轮的36倍；②当把砂轮线速度Vs提高到50m／s时，陶瓷结合剂CBN砂轮的磨削性能得到了显著提高，其磨削比为白刚玉砂轮的300倍左右。试验结果说明，陶瓷结合剂CBN砂轮在高速磨削条件下，砂轮磨损率低，而且具有较高的磨削能力和效率。     

TC11/TC17异质钛合金线性摩擦连接区疲劳性能分析

利用线性摩擦连接设备对TC11和TC17两种异质钛合金进行了线性摩擦连接,并通过疲劳试验机分析了连接试样在交变载荷下随着温度增加,其载荷与位移变化关系以及温度与疲劳循环圈数的关系. 结果表明,载荷与位移关系曲线呈树叶状,且随着循环圈数的增加,树叶宽度逐渐变窄,最后变成了直线;但当加热温度增加到钛合金熔点的1/3以上,载荷与位移关系曲线会出现畸变. 温度增加会降低连接板材试样的循环圈数,即温度增加,疲劳寿命降低.