镍基高温合金短电弧铣削加工性能与电极损耗规律研究

简述了短电弧切削加工技术中的新型铣削方法和短电弧数控铣削加工机床的加工原理。采用短电弧铣削加工方法加工镍基高温合金(GH4169),在不同电源放电参数下观察加工后工件的宏观组织、工件加工表面粗糙度、电极的损耗情况,测量工件显微硬度、观察加工波形图,初步得出在不同加工电源参数对加工工件表面质量的影响规律。实验表明:通过对加工后的工件宏观观察发现,工件表面粗糙度与放电占空比有关,结合采集到的放电波形可以总结出,占空比越大,表面粗糙度值越大;电压在小范围变化时电压对加工工件表面质量影响不大;离加工表面越近,显微硬度越高;电压越大,相对电极损耗比较小;通过调整电源参数可以得到满意的镍基高温合金(GH4169)的表面质量与较小的电极损耗。     

电极材料对GH4169短电弧铣削加工性能影响的实验研究

采用石墨、钨铜合金电极进行镍基高温合金GH4169短电弧铣削加工实验(SEAM),研究电极材料对短电弧铣削加工性能的影响规律,寻求加工性能最佳的工具电极。分析工件蚀除速率(MRR)、相对电极损耗比(TWR)与电极材料物理特性和放电参数间的相互影响关系。借助SUPRATM55VP扫描电镜观察工件表面形貌,HXD-1000TB视屏显示维氏显微硬度仪测定加工后工件显微硬度,研究工具电极材料对加工后工件表面完整性影响规律。实验结果表明:钨铜合金电极具有较好的放电加工性能,其工件蚀除速率比石墨提高22%,最小相对电极损耗不足1%,工件表面裂纹宽度和显微硬度较低,故钨铜合金电极是适合短电弧铣削加工的良好电极。     

短电弧铣削工具电极材料的放电性能研究

镍基高温合金(GH4169)高温下具有较好的热稳定性、屈服强度高、塑性好的特点,并有较好的焊接性能、较高的耐蚀性和抗氧化性能,在-196~700℃很宽的温度范围内组织性能稳定。用不同电源放电参数与不同电极材料进行实验加工,观察加工效率、工件表面粗糙度、电极损耗、工件表面完整性、工件表面显微结构、工件表面化学成分。实验表明:短电弧加工中,相同加工条件下工具电极的相对质量损耗为铝碳钢紫铜石墨;低电压加工时紫铜电极的损耗率是石墨电极损耗率的7倍,增大加工电压紫铜电极损耗比石墨电极损耗高15~20倍;短电弧铣削加工后,工件表面存在熔滴、凹坑、裂缝和再铸层;短电弧铣削加工中,工具电极材料中元素会向工件里渗透,工件上的元素会向工具电极渗透。     

GH4169镍基高温合金表面加工硬化研究

基于高速铣削GH4169镍基高温合金正交试验,借助截面法对每组加工参数下得到的材料表面进行硬度测量,记录并分析所得硬度值。通过分析可知,GH4169镍基高温合金加工性能差,加工硬化程度在110.5%-127.5%之间。通过对正交试验数据的极差分析,得到对其表面加工硬化影响的主次因素依次是铣削速度、切削深度、每齿进给量。并且随着铣削速度的增加,GH4169镍基高温合金的表面加工硬化程度逐渐降低;随着切削深度的增加,高温合金的表面加工硬化程度逐渐升高;每齿进给量对高温合金的表面加工硬化的影响很小。     

基于电参数的GH4099短电弧铣削加工工艺研究

短电弧铣削加工作为一种新的放电加工技术,本质上是一种热加工,其对镍基高温合金的加工具有很大优势。为探究短电弧铣削加工GH4099最优电参数工艺组合,创造性建立了GH4099短电弧铣削加工放电凹坑数值模拟模型,研究了电压、频率和占空比对放电凹坑形貌的影响规律,得出GH4099加工的最优电参数：30 V、1 kHz、60%,并通过设计实验,验证该参数加工下的工件材料去除率以及表面质量。这不仅可以实现GH4099材料的高效加工,而且能促进短电弧热加工理论的完善。     

基于响应曲面法的GH4169镍基高温合金干车削参数优化试验

GH4169镍基高温合金具有优异的高温强度、塑性、耐腐蚀性和抗疲劳性能,广泛应用于制造航空发动机、燃气轮机的涡轮叶片等高温部件,而其热导率低、导热性差、加工硬化倾向大,是典型的难加工材料。采用正交试验法和响应曲面法,研究了涂层硬质合金刀具干式车削GH4169镍基高温合金的切削力和已加工表面粗糙度。通过正交实验研究了加工参数对切削力和已加工表面粗糙度的影响;通过回归分析建立了加工参数与切削力、已加工表面粗糙度的回归方程,并揭示了切削力、表面粗糙度与切削参数的响应关系;基于正交试验数据,通过多目标规划,优化得到了涂层刀具车削加工GH4169镍基高温合金的切削参数。     

高压冷却下PCBN刀具切削高温合金表面残余应力分析及变质层成形机理

镍基高温合金是一种典型的难加工材料,在高温下具有优良的机械性能,广泛应用于航空航天、能源等领域.切削过程中,在切削力和切削热的共同作用下,工件材料发生严重的塑性变形,导致已加工表面残余应力和变质层分布不均匀,从而降低工件的疲劳强度,高压冷却润滑辅助加工技术可有效改善此问题.因此,研究高压冷却下GH4169切削表面残余应...     

短电弧套料加工试验及电极加工特性的分析

短电弧加工技术是一种新型的特种电加工技术,它能有效地解决高硬度、高强度和高韧性导电材料的加工难题,而这些难加工材料的深孔套料加工难度更大,因此将短电弧加工技术应用于深孔套料加工,可以提供一种新的深孔套料加工方法。主要分析了短电弧加工机理和放电过程的形成,并通过所设计的短电弧套料加工系统对几种难加工材料进行了短电弧加工试验,确定不同的电加工参数和非电加工参数对工件材料去除率的影响。选择几种电极材料和不同的电极结构形式进行短电弧套料加工试验,以确定电极的加工特性。试验结果表明,当电源电压和进给量增大,放电间隙减小时,工件材料的去除率也相应的增加;在相同加工参数条件下,石墨电极对钛合金TC4的去除率要高于镍基高温合金In625,而同种电极材料的齿形结构电极具有更好的加工效果。通过对短电弧加工之后的不锈钢(0Cr17Ni4Cu4Nb)材料的金相组织检测与分析,确定不锈钢材料的基体组织基本稳定,热影响区域厚度较小(524. 5μm),对后续的机械加工和套料加工不会产生较大的影响。     

镍基高温合金 GH4169电解加工残余应力研究

针对镍基高温合金GH4169材料开展电解加工试验,确定试件在不同电流密度下的材料溶解速度;开展不同深度下的电解加工试验,每溶解10 μm左右的深度,测量残余应力,确定GH4169磨削件的残余应力层深度约为50 μm.为了避免磨削应力层对结果的影响,确定电解加工深度约为180 μm,开展不同电流密度的电解加工试验.检测分析表明,不同电流密度下的试件表面残余应力σx从-405 MPa～-778 MPa下降到-65 MPa～103 MPa.     

GH4169和K4169切削加工性能对比研究

GH4169与K4169分属变形镍基高温合金和铸造镍基高温合金，具有不同的成型工艺和热处理状态。开展了非涂层硬质合金刀具干切削GH4169和K4169的对比试验，从切削力、刀具磨损方面揭示了两种材料加工性能的差异，从力学性能及显微组织两方面解释了差异产生的原因。结果表明，试验各组参数下，两种材料切削力无显著差别；随着切削速度和进给量的增加，切削GH4169时刀具磨损形式由刀尖磨损过渡到后刀面均匀磨损最后转变成沟槽磨损，切削K4169时刀具失效形式主要为后刀面均匀磨损和沟槽磨损，并未出现严重的刀尖磨损，K4169组织中的C化物等硬质点是导致其切削力波动较大及刀具产生沟槽磨损的主要原因。     

电弧加工参数对镍基高温合金表面质量的影响

镍基高温合金材料是一种高强度、高耐热性的典型难加工材料。利用短电弧加工技术对这种材料进行短电弧加工试验与分析,针对镍基高温合金材料的切削特性分析了其电加工特性和电弧加工机理,采用正交试验方法对镍基高温合金的电弧加工特性进行试验研究,确定出了加工电压、放电间隙和主轴转速这3个试验因素对表面质量的影响水平,并得出影响因素水平从大到小依次为:电源电压、放电间隙、主轴转速。     

放电参数对短电弧铣削TC4加工性能影响的研究

短电弧加工技术(SEAM)是一种实现难加工导电材料高效去除的新型放电加工方法。采用不同电极材料,开展钛合金TC4短电弧铣削加工试验,探究在不同放电参数(电压、频率和占空比)下对加工过程中材料去除率(MRR)、相对电极相对损耗率(RTWR)的影响规律;并进一步分析工件宏微观形貌、元素变化及硬度测定。试验表明：影响MRR和RTWR的因素为脉冲电压>脉冲占空比>脉冲频率;紫铜电极具有高的材料去除率和好的表面质量;加工后表面存在重铸层、熔滴和微孔等结构;其表面显微硬度由重铸层向基体逐渐降低,并在距离工件表面深度90μm处趋于稳定。由此证明,金属电极材料更适合SEAM加工钛合金材料,这为后续SEAM加工钛合金零部件提供了理论依据。     

高速电弧放电加工的工艺特性研究

基于流体动力断弧的高速电弧放电加工(Blasting erosion Arc machining,BEAM)是一种利用高速流场控制电弧放电,高效蚀除工件材料的特种加工新技术。该技术从原理到实现都与传统的电火花放电加工(EDM)有着本质区别。将高能量密度的电弧、具有三维型面的多孔电极、极间的高速工作液流场以及多轴联动进给这四种关键要素的有效结合,实现了一种新型而高效的材料去除加工方法。采用石墨集束电极对典型的难切削材料——镍基高温合金GH4169进行了高速电弧放电加工。试验结果表明,在放电峰值电流为500 A时,最大材料去除率可达14 000 mm3/min,而最小电极相对损耗比不超过1%,且加工后工件的表面硬度低于基体硬度,再铸层和热影响层厚度均小于100μm,有利于切削等后续半精加工工艺的开展。由此可见,高速电弧放电加工的工艺特性使其非常适合于难切削材料的大余量去除加工。使用多孔成形电极分别对不同形状的型腔样件进行了层铣和沉入式高速电弧放电加工,证明了其高效加工三维特征零部件的能力。     

高效铣削镍基高温合金GH4169的有限元数值模拟

在DEFORM软件中,根据实际加工情况建立整体硬质合金立铣刀加工镍基高温合金GH4169的三维有限元仿真分析模型。针对镍基高温合金GH4169加工效率低和切削刃磨损严重的问题,采用单因素试验法仿真探讨了切削用量(v、f_z、a_p、a_e)对切削力和切削温度的影响规律。获得了能有效提高镍基高温合金GH4169加工效率的切削用量,为实际加工中实现高效铣削镍基高温合金切削用量的选择提供依据。     

电极材料及极性对短电弧铣削镍基高温合金影响的研究

短电弧铣削加工过程中,不同工具电极材料对加工后的工件表面质量以及电极损耗有很大的影响,并且在加工时,正负极性的不同,也会导致工具电极损耗、加工效率有所变化。针对此现象展开深入的分析并进行实验探究。实验结果表明:钨铜合金作为工具电极材料进行加工时,工件表面质量以及电极损耗均比以石墨、紫铜作为工具电极材料进行加工时有显著改善;其次,在加工时采用正极性加工比负极性加工虽然表面质量略微有所降低,但工具电极损耗有明显的减小,且加工效率与之相比有显著的提高,通过对加工后的综合因素评定,可知短电弧铣削加工镍基高温合金(GH4169)时宜采用正极性加工。     

镍基高温合金GH4169内孔超声波椭圆振动镗削实验

分析了超声波椭圆振动镗削加工原理,研究了超声波椭圆振动镗刀前刀面与切屑之间的分离特征和镗刀前刀面上摩擦力方向反转特征,提出了将超声波椭圆振动镗削技术用于镍基高温合金GH4169内孔加工中,以降低内孔表面粗糙度和提高加工精度.然后,通过镗削加工实验,比较了超声波椭圆振动镗削和普通镗削对难加工材料镍基高温合金GH4169内...     

时效后GH4169小孔丝锥的设计

GH4169镍基高温合金是航天发动机高温系统中应用广泛的高温结构材料，但它的切削加工性能极差，若以正火状态45钢的切削加工性为Kv=1，则高温合金的切削加工性Kv=0．2～0．5，而镍基高温合金的Kv=0．2。GH4169镍基高温合金的切削加工特点主要表现为强度高、塑性大、切削抗力大、冷作硬化严重、切削温度高，刀具在加工过程中磨损剧烈，其中最难的当属攻丝，尤其是时效后的小孔攻丝加工。时效后GH4169小孔攻丝是航天系统未能解决的加工难题。     

高速铣削GH4169镍基高温合金切削温度的研究

为了研究GH4169镍基高温合金在高速铣削过程中不同切削用量对切削温度的影响,采用正交试验法对其进行切削仿真,并对铣削加工仿真结果进行分析,得到切削用量与切削温度的关系。为验证仿真结果的合理性和准确性,进行了GH4169镍基高温合金高速铣削加工试验,对比分析高速铣削试验和高速铣削加工仿真的结果,验证GH4169镍基高温合金高速铣削仿真模型的准确合理。在已确定的加工仿真模型基础上进行单因素试验,研究不同切削用量对切削温度的影响。结果表明：在切削速度、每齿进给量和背吃刀量均增大的条件下,铣削温度都逐渐上升,但增长速率呈下降趋势。     

基于响应曲面法的GH4169铣削参数优化及实验研究

机械加工的表面质量会极大地影响零部件的使用寿命。该文以降低镍基高温合金GH4169加工过程中的表面粗糙度为目标，对镍基高温合金GH4169的铣削参数进行优化。基于响应曲面法分析了铣削参数(转速、进给量、切削深度)对表面粗糙度的影响规律，建立了铣削参数与表面粗糙度之间的二次多项式模型并进行了验证，确定了降低表面粗糙度的最优工艺参数组合。研究结果表明，当A=928.34 r/min,B=243.35 mm/min,C=0.2 mm时，粗糙度可达到0.143μm。采用最优参数组合进行加工实验，并对铣削加工后的表面粗糙度进行测量，得出粗糙度实测值与模型预测值的相对误差为0.2%,可见所建立的模型是准确的。可满足某些航空航天高精度零部件表面质量特性，因此该模型对GH4169铣削加工具有指导意义。     

GH4079高温合金磨削表面特征的研究

采用CALISUM表面粗糙度仪、显微硬度仪及X射线应力衍射仪对GH4079高温合金磨削表面特征(表面粗糙度、表面显微硬度及表面残余应力)进行测定,研究在砂轮线速度范围为15~25 m/s,径向进给量范围为0.05~0.15 mm,工件速度范围为40~80 mm/min的切削用量下,GH4079高温合金的表面特征。同时揭示了表面特征参数随磨削用量的变化规律,为GH4079高温合金磨削加工参数的选择提供实验基础依据。