叶片进排气边抛光工艺及其参数优化

叶片是航空发动机关键零部件之一,具有复杂的几何形状、极高的几何精度和表面质量要求.其中,叶片进排气边作为影响整机性能的关键区域,其较小的半径尺寸、急剧的曲率变化使得数控自动化抛光难以实现.为此,提出一种采用电镀超硬磨料柔性抛光轮定轨迹抛光的方法.通过优化线速度和预压量等抛光工艺关键参数,建立相应的抛光去除量和表面粗糙度...     

钛合金抛光表面粗糙度与表面形貌研究

为了优化钛合金抛光工艺参数,采用中心复合响应曲面法,建立了抛光表面粗糙度的预测模型;采用方差分析方法,检验了预测模型以及各抛光参数的显著性,分析了各抛光参数对表面粗糙度及表面形貌的影响规律。结果表明:该预测模型可对抛光表面粗糙度进行有效的预测;页轮粒度、页轮线速度和进给速度对表面粗糙度影响极显著;表面粗糙度随页轮粒度、页轮线速度和进给速度的增大而减小;表面形貌整体均匀,存在一定的隆起和沟壑。     

球形磁极在小直径钛合金管内表面抛光中的应用

针对传统磁力研磨对小直径钛合金管内表面进行精密抛光时,研磨效率低、加工后表面质量不理想的问题,提出将多个球形磁极作为辅助抛光工具放置在管件内部,配合多种运动,完成对小直径钛合金管内表面的高效精密抛光。对比了添加不同辅助抛光工具后工件的表面粗糙度值和材料去除量的变化,分析了工件转速对研磨效果的影响。对4×150mm的TC4钛合金管进行精密抛光实验,实验结果表明:工件转速为20000r/min时的研磨效果最好,使用球形磁极研磨40min后,工件表面粗糙度值稳定至Ra0.2μm,材料去除量可达55mg,原始缺陷被去除;使用球形磁极作为辅助抛光工具时,研磨效率显著提升,且能够获得理想的表面质量;当工件转速不超过临界值时,工件的转速越高,研磨效果越好。     

医用TC4钛合金激光-化学复合抛光及表面形貌演化

表面粗糙度是医疗器械构件最重要的质量特征之一,然而现有的激光抛光、化学抛光等单一表面抛光技术存在一定局限性。针对医用 TC4 钛合金表面的精密抛光需求,设计并搭建一套激光-化学复合抛光系统,通过激光-化学复合加工材料去除机理分析和开展 TC4 钛合金的激光-化学复合抛光试验,深入探究复合抛光过程中不同抛光阶段材料表面形貌的演变过程及粗糙度变化并进行分析,进而明确激光-化学复合抛光机理。研究结果表明,激光-化学复合抛光材料去除是基于激光热-力效应与激光诱导化学腐蚀溶解共同作用的结果,而且两者具有一定协同效应,在适当的工艺窗口内,化学腐蚀溶解可以完全去除激光烧蚀产生的残渣和重熔物。激光辐照会在工件表面“峰-谷”区域产生温度差,进而导致化学溶解速率差异,即“山峰”区域溶解速率快,“山谷”区域溶解速率慢,从而实现表面粗糙度的降低。最后采用合适的工艺参数,优化了抛光效果, 实现了医用 TC4 钛合金的选择性精密抛光,激光辐照区域表面粗糙度 Ra 由初始的 5.230 μm 下降至 0.225 μm, Sa 由初始的 8.630 μm 下降至 0.571 μm,分别下降 95.7%和 93.4%。研究结果可为钛合金或其他自钝化金属的精密抛光提供参考。     

医用钛合金动态磁场集群磁流变抛光加工研究

目的 获得超光滑表面且无毒性残留的医用钛合金.方法 采用半固着磨料的新型动态磁场集群磁流变抛光方法加工医用TC4钛合金,研究磨料种类、粒径、抛光时间、加工间隙和抛光盘转速等工艺参数,对医用钛合金表面形貌和表面粗糙度的影响规律,使用扫描电镜对抛光前后的医用钛合金表面进行成分分析.结果 医用TC4钛合金表面形貌受磨料形状和硬度的综合影响,Al2O3磨料相对SiC、SiO2和B4C磨料能获得更高质量的表面.随着Al2O3磨料粒径的增大,表面粗糙度先减小、后增大,5μm的Al2O3抛光效果最佳.加工间隙从0.8 mm增大到1.2 mm,表面粗糙度先减小、后增大,在1 mm时加工效果最优.抛光盘转速从15 r/min增大到35 r/min,表面粗糙度先减小、后增大,在25 r/min时加工效果最优.当使用粒径为5μm的Al2O3磨粒,在1 mm的工作间隙和25 r/min的抛光盘转速下抛光4 h时,医用钛合金表面粗糙度Ra从原始的110 nm降低到2.87 nm,表面粗糙度的下降率为97.39％.结论 应用动态磁场集群磁流变抛光方法加工医用钛合金,能够获得无异质成分残留的超光滑表面.     

钛合金结构件磁流变电解复合抛光试验研究

目的 针对钛合金结构件高质高效抛光需求，提出了磁流变电解复合抛光新方法，探究不同抛光参数对钛合金表面质量的影响，以实现钛合金构件的高质高效抛光。方法 深入探究了加工电压、加工间隙、电解质质量分数和抛光转速等参数对钛合金抛光表面粗糙度以及粗糙度变化率的影响，分析了不同抛光参数下的钛合金表面形貌变化，验证了磁流变电解复合抛光钛合金的可行性。结果 随着电解液中Na NO3质量分数的提高，钛合金表面粗糙度先减小后增大，质量分数为1.0%～2.5%时，得到了优于单磁流变抛光加工的抛光效果。不同加工电压下的表面粗糙度对比结果表明，在加工电压为0.1 V时，钛合金加工后表面粗糙度达到最小，而后随着加工电压的增大，加工区域表面粗糙度呈现增大趋势；随着加工间隙的增大，钛合金抛光表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势；随着抛光工具转速增大，钛合金加工后表面粗糙度先减小后增大。相比于单一的磁流变抛光，磁流变电解复合抛光钛合金90 min，可使表面粗糙度从初始323 nm降低至15nm，加工效率提高了62.5%。结论 磁流变电解复合抛光工艺能够用于钛合金人工关节假体高效高质量的抛光。     

金刚石线锯切割碳化硅陶瓷的机理与工艺研究

通过金刚石线锯切割碳化硅陶瓷的单因素试验设计,研究线速度、进给速度、进给速度与线速度比值R等工艺参数对其表面质量的影响规律,并通过超景深三维显微镜、精密粗糙度轮廓仪对其表面形貌、表面粗糙度进行观察和测量.结果表明:当线速度从0.4 m/s增加到1.3 m/s时,碳化硅陶瓷的表面形貌明显改善,进给方向和线锯方向的表面粗糙...     

HIPSN陶瓷高效精密磨削工艺优化试验研究

目的针对HIPSN(热等静压氮化硅)陶瓷精密加工效率低、成本高、难度大的问题,对HIPSN陶瓷高效精密磨削加工工艺进行优化。方法利用高精度成形磨床对HIPSN陶瓷进行试验,分析砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度等工艺参数对磨削后表面质量的影响规律。结果磨削深度由0.005 mm增加到0.050 mm,表面粗糙度值由0.2773μm减小到0.2198μm,并趋于稳定;工件进给速度由1000 mm/min增加到15 000 mm/min,表面粗糙度值由0.2454μm减小到0.2256μm,之后增大到0.2560μm,并趋于稳定;砂轮线速度由20 m/s增加到50 m/s,表面粗糙度值由0.2593μm减小到0.2296μm。随着工件进给速度的增大,表面波纹度平均间距Sw由0 mm直线增加到5.90 mm;随着砂轮线速度的提高,平均间距Sw由2.33 mm直线减小到0.68 mm。优化工艺参数组合:砂轮线速度50 m/s,磨削深度0.030 mm,工件进给速度3000 mm/min。结论表面粗糙度值与磨削深度和砂轮线速度呈负相关,随着工件进给速度的增大,表面粗糙度值先减小后增大,之后趋于稳定。减小工件进给速度、提高砂轮线速度有助于改善表面波纹度。     

基于响应面法的钛合金Halbach阵列增强磁流变抛光工艺参数优化

目的 提高钛合金磁流变抛光的表面质量和抛光效率。方法 用Halbach磁场阵列强化磁场,通过载液盘与磁铁反向旋转来增强磁流变抛光效率,使抛光头拥有更强的恢复性与自锐性。通过仿真模拟和实际测量对比研究Halbach阵列与N-S阵列的磁场分布和磁场梯度。依照试验结果描述抛光剪切力、表面粗糙度与表面微观形貌随时间的变化规律。采用响应面法优化载液盘转速、磁铁转速和加工间距等3个工艺参数,建立剪切力和表面粗糙度的拟合方程数学预测模型,并对其中的不显著项进行优化。结果 在响应面交互作用分析中,工艺参数对剪切力的影响的大小顺序为加工间距、磁铁转速、载液盘转速;对表面粗糙度影响的大小顺序为载液盘转速、磁铁转速、加工间距。根据不同的需求,确定选定范围内的工艺参数组合,需要快速去除材料时,使剪切力趋于最大值的工艺参数组合为载液盘转速227 r/min,磁铁转速64 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度Sa为34.911 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.812 N。需要最优表面质量时,使表面粗糙度值趋于最小值的工艺参数组合为载液盘转速300 r/min,磁铁转速150 r/min,加工间距0.1 mm,通过20 min抛光后得到了表面粗糙度Sa为26.723 nm的光滑表面。抛光过程中,钛合金抛光所受剪切力τ为0.796 N。结论 Halbach阵列拥有较高的磁场强度和富有空间变化的磁感线,能够使磁流变液中的磁链呈现出更多的姿态变化。根据响应面法优化后的剪切力和表面粗糙度预测模型,预测结果与验证试验结果相差很小,预测模型的准确度与可信度较高。     

球形固结磨料磨头研磨TC4钛合金的工艺探索

TC4钛合金是典型的难加工材料,在传统加工中存在难切削、工件表面易烧伤等问题。采用自行设计的球形固结磨料磨头开展TC4钛合金研磨实验,探索不同粒径、磨料种类及研磨工艺参数对TC4钛合金研磨材料去除率及表面质量的影响,分析研磨的材料去除机理,优化研磨工艺。发现20～30 μm碳化硅磨粒的研磨效果最佳,优化后的工艺方案为磨头转速2000 r/min,研磨夹角30°,研磨时间10 s。在此工艺参数下研磨材料去除率为22.2 mg/min,工件表面粗糙度R_a值为0.7 μm,兼顾了对材料去除效率和表面质量的要求。      

铝合金锥镜化学增强力流变抛光优化实验研究

目的 为获得光滑表面并提高铝合金（Al 6061）锥镜全景反射光路集中度,采用力流变抛光方法去除工件在金刚石刀具切削后划痕、凹坑和凸起等表面缺陷,并消除这些表面缺陷导致的锥镜发射光路散射。方法 通过田口法分析力流变抛光过程中四个关键工艺参数——抛光速度、CeO2磨粒的组分（平均粒径为1.6 μm的大颗粒）/（平均粒径为200 nm的小颗粒）、磨粒浓度和抛光液pH值对抛光后工件表面粗糙度的影响。同时,对铝合金锥镜反射光路集中度进行了观测实验,讨论了表面形貌对反射光集中度的影响。结果 用信噪比分析发现,实验条件下抛光液pH值对抛光后的表面粗糙度影响最大,抛光速度和磨粒浓度次之,CeO2磨粒组分影响最小。优化得到的最佳抛光参数组合为：大/小磨粒组分比7∶3,磨粒质量分数4.5%,抛光速度1.38 m/s,抛光液pH=5。在该条件下抛光20 min后,表面粗糙度（Ra）从64.9 nm降低至8.1 nm,基本消除了切削的表面缺陷。结论 利用力流变抛光方法可以有效去除铝合金锥镜表面金刚石切削后的表面缺陷。铝合金材料硬质点Mg2Si对抛光后的表面形貌有重要影响,在优化的力流变抛光条件下,通过化学反应与磨粒机械去除的平衡,可以同时去除工件基体材料和硬质相,获得没有凹坑和凸起的光滑表面。     

单晶SiC基片的磁流变化学复合抛光

基于芬顿反应的磁流变化学复合抛光加工原理,对单晶SiC基片进行磁流变化学复合抛光试验,研究工艺参数对其抛光效果的影响。结果表明：随着金刚石磨粒粒径的增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度先减小后增大;随着磨粒质量分数的增大,材料去除率增大,而表面粗糙度先减小后增大;当羰基铁粉质量分数增大时,材料去除率增大,而表面粗糙度呈先减小后增大的趋势;随着氧化剂质量分数增大,材料去除率先增大后减小,而表面粗糙度呈现先减小后增大的趋势;加工间隙对材料去除率的影响较大,加工间隙为1.0 mm时,加工表面质量较好;随着工件转速和抛光盘转速增大,材料去除率均先增大后减小,表面粗糙度均先减小后增大。获得的优化的工艺参数为：磨粒粒径,1.0μm;磨粒质量分数,5%;羰基铁粉质量分数,25%;过氧化氢质量分数,5%;加工间隙,1.0 mm;工件转速,500 r/min;抛光盘转速,20 r/min。采用优化的工艺参数对表面粗糙度约为40.00 nm的单晶SiC进行加工,获得表面粗糙度为0.10 nm以下的光滑表面。     

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。     

基于正交实验的机器人砂带磨削工艺分析及优化

针对工业机器人砂带磨削最优工艺参数组合的选择,通过机器人夹持工件进行砂带磨削,采用正交实验和极差、方差分析方法研究砂带线速度、工件进给量、横向进给速度、砂带目数对工件表面粗糙度Ra及材料去除深度MRD的影响,探究其最优工艺参数组合,并通过正交实验数据建立变量与实验结果的线性回归预测模型。结果表明:综合考虑表面粗糙度Ra及MRD的最优加工参数组合为砂带线速度18 m/s,进给量0.5 mm,横向进给速度100 mm/s,砂带目数80#。砂带目数对工件表面粗糙度Ra的影响起主导作用,砂带线速度、工件进给量次之。工件进给量对MRD的影响起主导作用,砂带线速度、砂带目数次之。当砂带目数处于80#～240#时,工件表面粗糙度Ra会随着砂带目数的增大而减小,影响程度有减弱的趋势。当工件进给量处于0.2 mm～0.5 mm时,MRD会随着工件进给量的增大而增大,影响程度有减弱的趋势。     

安全阀阀座与阀瓣研磨修复工艺实验研究

目的为满足安全阀阀座与阀瓣配合面密封要求,提高安全阀密封面磨削修复质量和效率,阀座和阀瓣表面粗糙度Ra≤0.1μm。方法在正交实验的基础上,采用Al_2O_3砂纸、白刚玉研磨膏为磨削介质,研究了磨粒细度、磨削时间、磨削转速、磨削压力对密封表面粗糙度和磨削量的影响,使用粗糙度测量仪、千分尺、电子显微镜对阀座和阀瓣的表面粗糙度、磨削量、表面形貌进行测量分析。以磨削量和表面粗糙度为评价指标,得到最佳工艺参数,并通过多组重复性实验验证实验结果的可靠性。结果在最佳磨削工艺参数下,砂纸研磨阀座和阀瓣的磨削量为0.023 mm,表面粗糙度为0.135μm,研磨膏抛光阀座和阀瓣的表面粗糙度为0.073μm。结论砂纸研磨最佳工艺参数:研磨压力80 N,研磨转速80 r/min,研磨时间10 min,砂纸细度1000目。研磨膏抛光最佳工艺参数:抛光压力30 N,抛光转速100 r/min,抛光时间10 min。采用砂纸、研磨膏磨削修复工艺,可以提高磨削量,降低表面粗糙度,提高了安全阀磨削后的密封性能。     

基于响应曲面法的钛合金干式车削工艺参数优化

为了提高钛合金干式车削加工质量,采用响应曲面法对主要车削工艺参数进行了优化,以工件表面粗糙度Ra和刀具磨损量VC作为评价指标,设计了切削速度、背吃刀量和进给量三因素的Box-Behnken实验模型。利用方差和拟合残差概率分布分析三因素的显著性及交互作用,并结合实验检验所建表面粗糙度和刀具磨损二阶响应预测模型的有效性。响应曲面法优化后的最佳工艺参数为:切削速度20 m/min、背吃刀量0.1788 mm、进给量0.1 mm/r,此时得到的表面粗糙度和刀具磨损量为1.031μm和155.6μm,与预测值的误差分别为:9.93%和1.58%。结果表明:基于响应曲面法的钛合金干式车削表面粗糙度和刀具磨损量预测模型准确有效。     

离心研磨加工钛合金表面粗糙度的试验研究

目的 探究离心研磨自动化加工工艺对钛合金表面粗糙度的影响.方法 选取了影响离心研磨加工效果的主要工艺参数(磨料材质、磨料粒径、滚筒转速),并使用单因素试验法对TC21钛合金进行了离心研磨加工试验.以表面粗糙度为评价指标对工艺参数进行了分析和优化.采用优化后的工艺参数对TC21钛合金进行了表面离心研磨加工,在此基础上研究了表面二次细化加工对TC21钛合金表面粗糙度的影响,并对比了加工前后工件的表面粗糙度值和表面形貌.结果 确定了较优的离心研磨TC21钛合金的工艺参数,即:磨料材质选用氧化铝,磨料粒径为5 mm,滚筒转速为240 r/min.采用优化后的工艺参数进行了离心研磨加工试验,TC21钛合金表面粗糙度值由1.412μm低至0.513 μm;表面二次细化加工后,工件表面粗糙度值由0.513 μm降至0.267 μm,加工纹理和缺陷消失.结论 采用优化后的工艺参数对TC21钛合金取得了较好的离心研磨加工效果,结合表面二次细化加工,使TC21钛合金表面粗糙度值降低两级,并修复了表面缺陷,验证了使用离心研磨工艺加工TC21钛合金的可行性.     

304不锈钢化学机械抛光工艺参数研究

为优化抛光效果、节省成本及提高效率,研究抛光压力、抛光液流量、抛光转速和抛光时间对304不锈钢材料去除率和表面粗糙度的影响。实验结果表明:在抛光压力为13.79 kPa、抛光液流量为15 mL/min、抛光时间为35 min、抛光转速为60 r/min的工艺条件下,304不锈钢去除速率达到226.56 nm/min,表面粗糙度降至6 nm,既节约了成本又保证了最好的表面粗糙度和较高的材料去除速率。      

螺旋桨金刚石砂带磨削试验研究

以船用螺旋桨为研究对象,提出一种利用电镀金刚石砂带磨削螺旋桨的方法,并试验分析影响螺旋桨表面粗糙度的各个工艺因素。通过单因素试验研究磨削压力、砂带线速度和磨削进给速度对表面粗糙度的影响,并得到工艺参数的最优水平组合:磨削压力15 N,砂带线速度30 m/s,磨削进给速度20 mm/s;锆刚玉砂带与金刚石砂带在相同工艺参数下对螺旋桨表面粗糙度的影响规律基本一致,但金刚石砂带具有更长的寿命,增幅为125%。      

不锈钢电解质等离子体抛光表层元素化学形态演变及界面反应

目的 研究不锈钢经电解质等离子体抛光后,表层元素化学形态的变化及机制,为材料去除机理、表面性能、工艺参数、抛光液处理等相关研究提供参考。方法 通过表面粗糙度测试仪、扫描电镜分别对加工前后试样表面粗糙度、形貌变化进行测试表征。通过X射线光电子能谱技术,对加工前后试样表面及抛光液沉积物中主要元素的组成、化学态、分子结构进行测试表征。结合加工现象及材料去除机理,分析加工过程中固、液、气、等离子体之间的界面反应。结果 电解质等离子体抛光后,试样表面平整光亮,预处理中粗磨的痕迹已被完全去除。Ra平均值由0.311μm降低至0.045μm,Rq平均值由0.442μm降低至0.059μm,Rz平均值由3.260μm降低至0.369μm。与抛光前试样相比,抛光后试样表层检测到S⁺⁶和Ni⁺²,沉积物中的Fe均为Fe⁺³,Cr主要为Cr⁺³,含有少量Cr⁺⁶。抛光后试样表面及沉积物中金属元素的化合物主要为氧化物和氢氧化物。结论 电解质等离子体抛光316LVM不锈钢有显著效果,抛光后试样表面粗糙度...