医用TC4钛合金骨置换材料深孔钻削试验的研究

本文以医疗器械行业常用的钛合金骨置换材料TC4为研究对象,开展了有限元仿真分析以及切削试验研究。建立了钻削刀具的3D模型,通过有限元软件建立了钻削仿真模型,并模拟了钻削过程刀具的应力、应变云图,对刀具系统的模态参数及振型进行了分析。结果表明:刀片应力与应变集中在主切削刃部位,该位置最易发生崩缺;获取了钻削刀具固有频率与振型,当钻削系统外部激励频率与固有频率接近时,钻削系统易发生共振,实际切削时应尽量避开。通过开展不同切削条件下的切削试验与刀具磨损实验研究,结果表明:进给增大,切削力增大;转速增大,切削力减小;提高转速和增大进给都易引起堵屑;当进给量f=0.18 mm/r、切削液流量Q=250 L/min和转速n=80 r/min时,加工孔内壁加工质量高,排屑状况好,刀具磨损小。     

硬质合金刀具车削Ti6Al4V钛合金试验研究

文章采用单因素试验法,用未涂层硬质合金刀具和TiAlN涂层硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金进行了车削试验,通过对切削过程中刀具寿命、切削力、切削温度以及加工表面粗糙度的分析,得出了两种刀具车削钛合金的切削性能,为钛合金车削试验提供了依据.     

硬质合金刀具高速干铣削Ti6Al4V刀具寿命研究及切削参数优化

Ti6Al4V是典型的难加工材料,切削效率低,刀具磨损严重。文章对硬质合金刀具在高速范围内干铣削Ti6Al4V进行了正交试验,获得了干切削状态下铣削刀具寿命的经验公式,并利用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）研究了铣削刀具的磨损形态和磨损机理,粘结、扩散及氧化是硬质合金刀具的主要磨损机理。最后,利用等寿命-效率响应曲面法,对硬质合金刀具在干切削状态下铣削Ti6Al4V的切削参数进行了优化,在效率不变的情况下,适当降低切削速度,增大切削深度,可以提高刀具寿命。试验刀具的切削参数优化结果为：切削速度40—60m／min、轴向切削深度0．5—1mm、径向切深7—10mm、进给量0．07—0．1mm／r,在建议切削参数下刀具寿命约在30—50min。     

钛合金表面脉冲电弧熔覆TiN组织与性能研究

以氮气作为保护气体和反应气体,利用脉冲电弧在Ti6Al4V钛合金表面制备TiN陶瓷涂层,借助SEM,XRD等分析手段研究TiN熔覆层的微观组织和物相组成,给出脉冲电流模式电弧制备TiN熔覆层特点。结果表明,相对于直流电弧而言,在相同焊接热输入下,脉冲氮气电弧能够有效地提高TiN熔覆层厚度和宽度,原因是脉冲电流提高了N离子浓度,有利于TiN熔覆层形成。TiN熔覆层具有明显的(200)择优取向,脉冲模式下TiN衍射强度增加。脉冲模式下TiN熔覆层的显微硬度高于直流模式,脉冲电流200 A时,TiN显微硬度达到2 600 HV,是Ti6Al4V合金的7.4倍。     

热处理工艺对大直径深孔用斜轧穿孔Ti6Al4V钛合金管坯性能的影响

通过斜轧穿孔方式制备Ti6A14V钛合金管坯,通过不同的热处理工艺研究其性能变化情况.结果发现,采用斜轧穿孔制备的Ti6A14V钛合金管坯完全可以满足相关标准的要求.     

类金刚石薄膜改性钛合金的扭动摩擦磨损特性

以Ti6Al4V合金、类金刚石薄膜(DLC膜)改性Ti6Al4V合金分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)配副,模拟颈椎间盘的轴向旋转运动,并在改装后的多自由度磨损试验机上进行扭动摩擦试验。结果表明:随着循环周次的增加,两对摩擦副均呈现出摩擦扭转力矩、摩擦耗散能、磨损量相应增大的趋势。与Ti6Al4V合金相比,DLC薄膜改性后的Ti6Al4V合金摩擦副接触界面间摩擦扭转力矩降低了51.6%、摩擦耗散能降低了48%,进入完全滑移状态的时间缩短,具有更好的耐磨性。Ti6Al4V合金的磨损机制表现为严重的磨粒磨损,经DLC薄膜改性后的钛合金的磨损形式以应力集中产生的脆性剥落为主。DLC薄膜增大了对磨副UHMWPE的磨损,UHMWPE的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损综合作用的结果。     

TC4钛合金深孔(钻削)套料加工系统及其刀具研究

针对大孔径深孔加工的难加工性和TC4材料的难切削性,优化确定加工系统类型和钻头的不同几何参数。根据选择的几何参数,对套料钻头进行三维建模,并用ANSYS有限元软件分析钻头的受力集中部位和钻杆的模态频率。结合有限元分析的结果进行深孔套料试验,试验结果表明:加工孔内壁精度高,排屑良好。为TC4钛合金的大直径深孔套料提供了切实有效的刀具几何参数和加工系统。     

和田玉超声波振动深孔钻削特性分析

基于和田玉超声波振动深孔加工工作和结构原理,构建和田玉超声波振动深孔钻削模型;通过和田玉超声波振动深孔钻削模型分别建立和田玉超声波振动深孔钻削钻削厚度和钻削动力学模型,通过分析计算结果,钻头在一个圆周内的钻削过程中出现空钻现象,出现空钻现象与钻削进给量参数与振动的振幅有关系,钻削进给量小于振动的振幅就会出现空钻现象;振幅的损失量与超声振动钻削系统的刚度有密切关系;在保持阻尼不变的情况下,系统刚度值减小,则振幅损失增大。     

基于切屑形态的42CrMo深孔钻削工艺参数优化

以难加工材料42CrMo高强度钢为研究对象,针对42CrMo高强度钢内排屑深孔钻削时存在断屑困难等问题,开展42CrMo高强度钢BTA深孔钻削试验研究。为了获得理想的切屑形态,分析BTA深孔钻削机床主轴转速与进给量对切屑形态的影响规律。试验结果表明：当转速为195 r/min、进给量为0.18 mm/r时,切屑呈现理想的C形屑、短卷屑,刀具磨损相对最小,有利于切屑顺畅排出,加工过程稳定。     

精密可调镗刀杆的深孔加工

本章讨论了一个在中碳合金结构钢工件上,加工高精度深孔((φ12~( 0.018)孔深392、Ra0.8)钻长径比达79的深小孔(孔径φ4.2,深332)的工艺实例,介绍了工件整个工艺流程、深孔加工的工装、工艺参数以及加工中的注意事项。     

热氧化处理对钛合金表面耐磨性能影响的研究

为研究热氧化工艺对钛合金表面耐磨性的影响,提高钛合金的表面硬度和耐磨性能,采用热氧化处理技术在钛合金表面生成热氧化陶瓷层,借助电子探针、X衍射仪对热氧化层进行了成分和结构分析.采用MRH-3型高速滑块磨损试验机,在润滑务件下对经热氧化处理和未处理的Ti6Al4V合金耐磨性进行滑动一滚动试验.结果表明:热氧化后的Ti6Al4V合金的磨损量明显减少,该热氧化处理方法能显著增强Ti6Al4V合金的耐磨性.根据试验结果和系统分析,讨论了热氧化处理后材料的摩擦磨损机制.     

超声纵-扭复合铣削钛合金刀具磨损特性研究

目的采用超声纵-扭复合振动加工方法,获得较长的刀具使用寿命。方法采用理论建模与不同铣削振动方式,研究刀具磨损特性。通过超景深电子显微镜和粗糙度测试仪,分别对刀具微观形貌、工件表面粗糙度进行了分析;通过不同铣削方式加工钛合金材料,对刀具磨损特性进行了系统分析。结果与普通铣削和超声纵振铣削相比,超声纵-扭铣削方式下,刀具后刀面磨损减小,工件表面粗糙度降低。经测试,当去除面积为6356mm~2时,超声纵-扭复合加工刀具后刀面磨损量VB为103μm,分别比普通和超声纵振加工时降低了38μm和36μm。当去除面积为4530 mm~2时,Ra为1.2μm,普通铣削和超声纵振铣削的Ra则分别为1.62μm和1.38μm。由于超声纵振加工仅仅是在轴向方向实现了分离,后刀面时刻冲击着已加工表面,当去除面积为6356 mm~2时,刀具后刀面磨损量反有超出普通铣削的趋势。结论超声纵-扭复合加工从旋转方向内实现了刀-屑分离,在铣削过程中,极大地减少了刀具后刀面对已加工表面的冲击,从而使得刀具寿命有所延长,为高效加工、难加工材料提供了一种加工方法。     

Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理

目的在Ti6Al4V钛合金表层制备硬度高、耐磨性好的硬化层。方法结合真空技术,以高纯的O2为介质,在Ti6Al4V钛合金表面制备致密的渗氧硬化层,采用X衍射仪分析渗氧层的相组成,用金相显微镜观察渗氧层和磨痕组织,用显微硬度计测试渗氧层的显微硬度,用MM-U10A端面磨损试验机研究渗氧层的耐磨性。结果渗氧层物相主要由TiO_2、TiO、Ti_3Al及Al_2O_3组成,温度较低时,形成的渗氧层较薄,温度增加,渗氧层厚度迅速增加,硬度及耐磨性也随之增加。温度为760℃时,表面硬度为基体硬度的2.5倍以上,大于750HV,有效硬化层厚度达60μm以上,其磨损失重仅为未渗氧原样的1/4,表面磨痕细密,没有撕裂情况发生,渗氧层保持完整。温度继续增加,氧化物开始聚集长大,渗氧层组织开始变得疏松,硬度及耐磨性开始下降。结论 Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理可显著提高其表面硬度,耐磨性改善明显。     

可控多孔结构生物活性钛的制备及其体外细胞培养

采用电子束熔化（EBM）成形工艺,制造具有可控多孔结构的Ti6Al4V植入体,分析测试其微观孔隙结构特征、孔隙率以及力学性能。扫描电镜观测结果表明,所制备的钛合金植入体孔隙结构特征与设计结构相符合,证明EBM技术能够实现钛合金植入体孔隙结构的控制;测得多孔植入体的孔隙率为60.1%,相应的抗压强度为163 MPa,弹性模量为14 GPa,与人体骨组织弹性模量相近。利用改进的碱热处理方法进行表面改性,并浸泡在模拟体液中以诱导磷灰石的形成。体外细胞培养试验结果表明,培养7 d后成骨细胞在改性的试件表面大量粘附、生长、增殖     

钛合金表面渗Mo改性层在5%NaCl溶液中的抗腐蚀性能研究

利用双层辉光离子渗金属技术在Ti6Al4V表面渗Mo,对形成的表面改性层的组织、成分及电化学性能进行了测试,并对其在5%NaCl水溶液中的腐蚀性能进行了研究。结果表明,表面改性层由沉积层及扩散层组成,Ti6Al4V经表面改性后,耐蚀性得到提高。     

Ti6Al4V车削刀具磨损及切削力研究

Ti6Al4V是典型的难加工材料，切削效率低、刀具磨损严重严重，因此提高Ti6Al4V的加工效率和刀具寿命是急需解决的问题。作者对硬质合金刀具加工Ti6Al4V的切削力和磨损特性进行了实验研究。对三种不同刀具在干切削状态下车削Ti6Al4V切削力进行了试验，分析了切削力与切削速度、切削路程的关系，同时讨论了主偏角对TC4车削稳定性的影响。最后，对刀具的的磨损形态和磨损机理进行了研究。粘结、扩散、氧化是硬质合金刀具的主要磨损机理。     

Ti6Al4V钛合金切削性能模拟及响应面分析

为保证PCD刀具的使用寿命和加工精度,提高对Ti6Al4V钛合金的加工效率,对PCD刀具精车加工Ti6Al4V钛合金进行模拟仿真分析,并通过响应面分析法计算建立切削力和刀尖温度随刀具参数（前角γo、后角 αo、钝圆半径rε）变化的二次响应面数学模型。根据响应面模型方差分析和显著性检验证明响应面预测模型的有效性,分析PCD刀具精车加工Ti6Al4V钛合金时刀具参数对切削力和刀尖温度的影响从而获得最优刀具参数。结果表明：钝圆半径对切削力的影响最大,后角对刀尖温度的影响最大,适当增大前角、减小后角及钝圆半径能够有效降低切削力、刀尖温度;最终得出最优刀具参数组合为前角γo=12°、后角αo=7°和钝圆半径rε=0.04 mm。     

钛合金表面非平衡磁控溅射制备TiN薄膜的冲击磨损性能

文中利用非平衡磁控溅射技术在Ti6Al4V合金表面沉积TiN薄膜.固定冲击频率、改变冲击载荷,在小载荷冲击磨损试验机上进行了系列周次的冲击磨损试验,用台阶仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析磨痕深度、形貌及相结构,并探讨了TiN薄膜的磨损机理.试验表明:TiN薄膜的冲击磨损机理主要为塑性变形和疲劳剥落,与基体材料作比较,TiN薄膜破坏的临界冲击周次比基体材料Ti6Al4V合金明显提高.     

不同热处理工艺对Ti6Al4V钛合金微观结构和力学性能影响

通过对Ti6Al4V钛合金进行不同工艺的热处理,分析了不同工艺处理后的显微组织,进行了拉伸试验、示波冲击试验测试。研究固溶时效处理对Ti6Al4V钛合金显微组织、力学性能和冲击韧性的影响。利用金相显微镜、环境扫描电镜（ESEM）进一步分析了钛合金的组织、冲击断口特征与力学性能间的关系。结果表明随固溶温度增加,钛合金屈服强度和抗拉强度得到显著提高,塑韧性先增加后降低。优化热处理工艺后,Ti6Al4V钛合金经960 ℃ WQ和500℃ × 4 h AC处理,获得优良综合性能,σ0.2为1050MPa,σb为1120 MPa,Ak为46.22 J。钛合金固溶时效后的组织由β基体和析出的α相组成,片层状β相和小针丛状α相组织提高合金综合性能。