硬质合金刀具磨损对Ti60铣削表面完整性的影响

刀具磨损是影响材料加工表面质量的重要因素。利用后刀面磨损量V_B分别为0、80、213、286、392μm的K44硬质合金球头铣刀对Ti60钛合金进行铣削实验,测试在不同刀具磨损状态下加工表面的粗糙度、表面形貌和纹理、残余应力、显微硬度和微观组织,分析了Ti60铣削表面完整性与刀具后刀面磨损量V_B之间的关系。结果表明：随着后刀面磨损量V_B的增加,表面粗糙度由0.683μm变化为1.554μm,表面形貌和表面纹理也随着刀具磨损量变化呈现出不同的特征,表面残余应力与显微硬度增加,残余应力层深度和硬化层深度分别达到35μm和40μm,表层微观组织中丛域状α沿着铣削加工进给方向发生了一定程度的扭曲变形,塑性变形层厚度由3μm增加至8μm。     

TC4侧铣表面完整性对试件疲劳性能的影响

目的 提升钛合金的抗疲劳性能,丰富典型航空难加工材料疲劳失效的基础理论,为实际航空结构件的抗疲劳制造提供参考。方法 以TC4钛合金为研究对象,采用单因素实验法,通过侧铣及试件疲劳性能测试,对比分析了铣削参数（包括铣削线速度vc、每齿进给量fz及径向切深ae）对表面完整性及表面完整性各指标（主要包括表面粗糙度、表面显微硬度及表面残余应力等）对试件疲劳性能的影响规律。结果 表面完整性的测量结果显示,表面粗糙度随fz和ae的增加而增大,随vc的变化不显著;表面显微硬度随fz的增加而增大,随vc和ae的增加而减小;同时,加工表面均呈现残余压应力状态,且表面残余应力的幅值随vc的增加而减小,随ae的增加呈先增大后减小的变化,随fz的变化不明显。试件疲劳性能测试的结果表明,表面显微硬度是影响TC4钛合金试件疲劳性能的主要因素。结论 在实验条件下,随着表面显微硬度的增加,试件的疲劳性能逐渐提升,并且当vc=20 m/min、fz=0.08 mm/z和ae=0.1 mm时,试件的疲劳性能最佳。     

刀具走刀方式对TC11薄壁件铣削表面质量影响规律研究

目的研究TC11薄壁件铣削加工过程中刀具走刀方式对加工表面质量的影响规律。方法采用单因素试验法,进行了钛合金薄壁件的铣削试验,得到了TC11薄壁件铣削刀具走刀方式对表面粗糙度、表面残余应力和表面显微硬度的影响规律。结果对于TC11薄壁件铣削,HU(水平向上)走刀方式获得的表面粗糙度为0.46μm,VU(垂直向上)走刀方式获得的表面粗糙度为0.74μm。两种走刀方式获得的表面残余应力均为压应力,VU走刀方式下的残余应力比HU走刀方式下的残余应力大。另外,随着加工深度的增加,两种走刀方式获得的残余应力值都减小,HU走刀方式下试件的残余应力影响层深度为65μm,VU走刀方式下的残余应力影响层深度为43μm。两种走刀方式下的显微硬度均呈现先软化再硬化,最后趋近于基体硬度的趋势,VU走刀方式下工件的硬化程度比HU走刀方式下稍严重。结论刀具的走刀方式对TC11薄壁件铣削加工表面各特征量的影响规律不相同。对于加工表面粗糙度,HU走刀方式能够获得更好的加工表面粗糙度。对于加工表面残余应力,两种走刀方式获得的残余应力属性相同,但数值不同。随着加工深度的增加,两种走刀方式获得的残余应力变化规律相同,但最大影响深度有所区别。对于加工表面显微硬度,两种走刀方式的影响规律一致,但工件的硬化程度有所区别。     

钛合金拉伸铣削的机理与试验研究

对钛合金TC4(Ti6Al4V)在拉伸状态下进行铣削加工.建立平面应变的残余应力形成模型,分析了拉伸装夹改变加工表层残余应力的机理.研究了铣削对钛合金表面残余应力和表面粗糙度的影响,得到了在不同切削参数下钛合金表面残余应力和表面粗糙度的实验数据.实验结果表明,拉伸装夹基本不影响表面粗糙度,但可以大大提高加工表面残余压应力并增大残余压应力层的厚度.     

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.     

新型超高强钛合金TB17铣削加工表面完整性试验研究

采用硬质合金刀具对TB17钛合金进行铣削加工试验,研究了刀具前角、后角和螺旋角对钛合金加工表面完整性的影响。结果表明:在试验参数范围内,TB17钛合金铣削加工表面均呈现为残余压应力;前角增大,表面粗糙度和表面显微硬度增加,表面残余压应力先减小后增加;表面粗糙度和表面残余压应力均随着后角的增大而减小;螺旋角增大,表面粗糙度和表面残余压应力均呈现出先减小后增加的趋势;TB17钛合金铣削加工表面形貌由均匀间隔突起的棱脊与深浅不一的沟槽组成,刀具几何参数和刀具磨损状态会对加工表面形貌产生显著的影响。     

钛合金磨料流光整加工表面完整性研究

目的 研究磨料流光整加工钛合金格栅表面完整性。方法 用电火花加工制备钛合金试样,通过磨料粒径、加工压力、加工次数的单因素试验,来研究其对试样表面粗糙度和表面形貌的影响规律,选用三种初始粗糙度不同的钛合金试样来进行磨料流光整加工效果试验,对比分析磨料流光整加工对试样表面残余应力的影响,进行加工次数的单因素试验研究磨料流加工过程中其对工件表面显微硬度的影响。结果 对于钛合金试样来说,磨料粒径和加工压力越大,表面抛光效果越明显,表面粗糙度就越低。当磨料粒径从38 μm增加到420 μm时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.815 μm降低到0.824 μm;当加工压力从8 MPa增加到24 MPa时,相对应的表面粗糙度值Ra从4.314 μm降低到1.398 μm。而随着加工次数的增加,表面粗糙度值Ra从整体上呈现下降趋势,最后趋于稳定,当加工次数从10增加到80时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.925 μm降低到0.307 μm,并且最后稳定在0.300 μm附近。钛合金试样经磨料流光整加工之后,表面残余应力由原来的拉应力变成了压应力。随着加工次数的增加,钛合金试样表面显微硬度整体上呈现先减小后增大的趋势,当加工次数从10增加到50时,显微硬度值从532.83HV降到357.73HV,当加工次数从50增加到90时,显微硬度值从357.73HV上升到393.48HV,试样表面显微硬度的均匀性也显著增加。结论 增大磨料粒径和加工压力或者增加加工次数,都能降低工件表面粗糙度,钛合金工件经过磨料流光整加工之后,表面完整性有较大改善。     

TC4钛合金滚磨光整加工的表面完整性与抗疲劳性能

基于正交试验方法,采用卧式离心式滚磨光整加工工艺对钛合金TC4试件进行加工,研究主要工艺参数对表面粗糙度、显微硬度和残余应力的影响,确定了较优工艺参数;通过疲劳试验和SEM、XRD衍射测试等方法,分析了提高抗疲劳性能的效果和机理。结果表明:滚抛磨块直径是影响表面粗糙度值和残余应力的最主要因素;单面加工时,表面粗糙度Ra、Rz最大下降值为0.389μm和2.353μm,显微硬度可从314HV_(0.5)增加到367HV_(0.5),产生了308MPa的残余压应力;双面加工时,Ra、Rz最大下降值为0.356μm和2.151μm,显微硬度增加到346 HV_(0.5),产生了352 MPa的残余压应力。滚磨光整加工后,表面粗糙度的改善和残余应力的存在,有助于阻碍疲劳裂纹的形成和扩展,疲劳性能明显改善,单面加工可使试件的疲劳极限从389 MPa提高到450 MPa,提高了15.7%,双面加工时提高到578 MPa,提高了48.5%。     

深冷处理对TC4钛合金表面性能的影响

研究了深冷处理对TC4钛合金滚磨光整加工和表面性能的影响。对TC4钛合金试样进行深冷处理,将不同深冷时间下的试样进行滚磨光整加工,根据表面粗糙度确定适合的深冷时间后,对比分析深冷处理前后合金试样的显微组织、显微硬度及残余应力的变化。利用扫描电镜探究了深冷处理和滚磨光整加工后合金试样表面形貌的变化。结果表明,深冷处理12 h后试样表面粗糙度最小,试样组织受到冷缩内应力的作用,α相的比例从未深冷处理的56.45%增加到85.42%,组织变得均匀且致密。试样的显微硬度在深冷处理12 h时最大,比未处理试样提高了3.47%。深冷处理12 h和滚磨光整加工后的试样相比未处理试样表面残余压应力增加26.26%。粗糙度测量和扫描电镜结果显示深冷处理使钛合金试样的可加工性增强,深冷处理12 h的试样经过离心式滚磨光整加工表面粗糙度可从约0.500 μm下降到约0.250 μm,表面质量明显变好。     

选区激光熔化TC4钛合金表面磁力光整加工的表面质量

为了研究磁力光整加工工艺对SLM制备的TC4钛合金表面完整性的影响,采用响应曲面法对钛合金试样进行三因素三水平的响应曲面分析试验。首先使用数控成形磨床对SLM制备的TC4钛合金试样进行磨削加工,磨削加工将钛合金试样表面粗糙度从6μm(SLM成形后)下降到约0.6μm,使带有球状体和凹坑等缺陷的粗糙表面演化为有划痕和孔隙的细表面。然后在不同的磁力光整加工工艺参数下,利用XK7136C数控铣床改造的磁力光整加工系统,采用雾化法制备的新型Al2O3/铁基球形磁性磨料对钛合金试样进行磁力光整加工,分析加工后钛合金试样的粗糙度、表面形貌以及残余应力,并确定最佳工艺参数。结果表明：当磁力光整加工工艺参数分别为主轴转速1 000.00 r/min,加工间隙1.50 mm,进给速度15.00 mm/min时,磁力光整加工效果最好,钛合金试样表面粗糙度由初始的0.6μm降低到0.065μm,试样表面均匀,划痕和表面缺陷被有效去除,达到接近镜面效果。试样表面的残余应力由最初的拉应力+297.4MPa转变为压应力-237.8MPa。利用磨削加工和磁力光整加工技术对SLM制备的TC4钛合金试样进行光整加工,可...     

复合电极-混粉电火花加工Ti-6Al-4V钛合金的研究

目的采用混粉电火花加工技术,使用超声电沉积制备的Cu-Si C复合电极加工TC4钛合金,在工作液中混入碳粉进行表面改性,以获取性能优异的加工表面。方法利用Cu-Si C复合电极和Cu电极对TC4钛合金进行成型加工。用扫描电子显微镜(SEM)观察加工后工件的表面形貌和熔凝层断面形貌,并用TR200粗糙度仪测量其表面不同位置的粗糙度值。用硬度仪测量工件熔凝层的显微硬度,用X射线衍射仪对材料强化层进行物相分析。并对电极损耗进行对比分析。结果 Cu电极加工的TC4钛合金表面凹坑深且面积大,熔凝层疏松,粘合性较差。Cu-Si C复合电极加工的TC4钛合金表面放电痕迹大,深度统一,电蚀产物少,熔凝层致密好。利用X射线衍射仪、硬度测量仪和粗糙度仪对试样测量分析显示,Cu-Si C复合电极加工后,表面生成的Ti C峰相高,耐磨性好,表层显微硬度较大,约为基体的6倍,表面平均粗糙度值Ra=2.825μm。复合电极损耗比铜电极损耗降低了18%。结论两种电极加工后,TC4钛合金表面均得到改善,且使用超声电沉积Cu-Si C复合电极加工后的表面质量更好。     

TC4钛合金混粉电火花表面改性研究

目的通过混粉电火花加工方法,分别使用紫铜和石墨作为工具电极,获得综合性能较好的TC4钛合金表面。方法利用手持式TR200粗糙度仪对工件表面的粗糙度进行测量,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪对工件组织形貌和物相结构进行分析,用FM800型显微硬度计对工件表面进行显微硬度测量。结果在相同电参数下,紫铜电极加工的工件较石墨电极加工的工件表面粗糙度要低,硬度也相对低。当I=4.5A、tON=30?s时,紫铜电极加工的工件表面平均粗糙度值Ra=2.223?m,表面硬度约为600HV;石墨电极加工的工件表面平均粗糙度值Ra=2.796?m,表面硬度约为700HV。当I=9 A、tON=30?s时,紫铜电极加工的工件表面平均粗糙度值Ra=2.748?m,表面硬度约为650HV;石墨电极加工的工件表面平均粗糙度值Ra=3.705?m,表面硬度约为750HV。结论在不同电极条件下混粉电火花加工后,TC4钛合金工件表面都达到了强化的效果。     

TC4铣削切屑形态与表面形貌特征

目的 对TC4铣削过程中锯齿状切屑的形成与对应产生的加工表面形貌特征进行研究,掌握钛合金TC4高速铣削加工切屑形态随铣削速度的变化规律,从而提高加工表面质量和效率。方法 基于有限元软件,建立钛合金TC4二维变厚度切削模型,通过仿真和铣削试验分析铣削速度对切屑形态的影响规律。利用超景深显微镜和PS50表面轮廓仪对TC4铣削过程中形成的切屑形态及工件加工表面形貌进行观测和分析,确定铣削加工TC4过程中铣削速度与切屑形态、工件表面形貌和表面粗糙度之间的关系。结果 铣削试验验证得出铣削力仿真值与试验值最大误差为9.86%,验证了二维变厚度切削模型的准确性。随着铣削速度从40 m/min增大到120 m/min,切屑形态由带状转变为锯齿状,且铣削力逐渐减小。同时,铣削速度由80 m/min增大到240 m/min时,切屑的锯齿化系数和剪切带内的剪切角均增大,而剪切带间距减小,TC4加工表面波纹加深、波纹间距变宽,并且伴随有大量韧窝出现,导致表面粗糙度值增大。结论 掌握锯齿状切屑几何特征与工件表面形貌随铣削速度的变化规律,以便在铣削加工TC4过程中对锯齿状切屑进行控制,对于提高工件加工表面质量和加...     

基于单因素法对7A09铝合金铣削表面质量的研究

目的通过对工件表面粗糙度、表面形貌和残余应力的分析,探究铣削用量对7A09铝合金铣削表面质量的影响,从而为7A09铝合金铣削加工表面质量的控制提供一定的理论基础。方法基于KVC800-1型数控加工中心,采用单因素法对7A09铝合金进行平面铣削试验,试验变量为铣削速度、每齿进给量和铣削深度,以此便可得平面铣削中铣削用量对7A09铝合金已加工表面质量的影响规律。结果7A09铝合金的表面粗糙度随铣削速度的增大和每齿进给量的降低而得以改善,但铣削深度对表面粗糙度的影响则较小。由已加工面的二维轮廓图和三维表面形貌图可知,铣削加工后,工件表面出现明显的犁沟,且沿进给方向的波峰和波谷都在一定范围内起伏变化,呈现出明显的规律性。当铣削用量改变时,其残余应力曲线均呈"勺"形分布,且残余应力对铣削速度和每齿进给量的变化都较为敏感,而对铣削深度的敏感性则较低。结论通过分析铣削用量对7A09铝合金已加工表面质量的影响,得出vc=240m/min、fz=0.14mm/z、ap=0.15 mm时,工件可获得最佳表面质量。     

激光选区熔化钛合金超声辅助铣削性能研究

目的 针对激光选区熔化钛合金开展超声振动辅助铣削性能和作用机理研究,提高增材制造钛合金表面加工质量、加工精度及加工效率,推动增材制造钛合金构件在高端装备业领域的广泛应用。方法 在传统铣削和超声振动辅助铣削下,采用聚晶金刚石刀具开展激光选区熔化钛合金铣削试验研究,分析不同条件下的表面硬度、切削力、表面形貌、表面粗糙度和切屑黏结的差异性。结果 激光选区熔化钛合金硬度单次测量及其平均值均高于传统钛合金。常规干铣削激光选区熔化钛合金时,切削力随着转速的增大而呈现下降趋势,随着进给速度和切削深度的增加表现出逐渐增大的趋势。在传统铣削下,传统钛合金表面形貌存在明显的刀具划痕,而超声振动铣削时,激光选区熔化钛合金表面形貌总体表现出更加的光滑和平整。激光选区熔化钛合金在常规铣削和超声辅助铣削过程中,刀具前后刀面都出现了严重的钛合金切屑黏结现象。结论 激光选区熔化钛合金常规干铣削时,增大转速或降低进给速度和切削深度能够降低切削力。在相同切削参数下,激光选区熔化钛合金超声铣削质量优于传统钛合金常规铣削表面质量。激光选区熔化钛合金表面质量改善的作用机理主要归因于激光选区熔化钛合金的金相组织特性及超声振动时断...     

永磁场磁力研磨TC11钛合金的实验研究

目的解决钛合金机械加工后表面质量差的难题。方法采用磁力研磨工艺对TC11钛合金进行了表面光整加工。以表面粗糙度为主要评价指标,研究了磁力研磨工艺参数对钛合金表面质量的影响,并对工艺参数进行了优化。采用优化后的工艺参数对钛合金进行了表面光整加工,研究了磁力研磨工艺对钛合金金相组织的影响。结果当加工间隙为3 mm时,研磨压力适宜,加工后工件表面粗糙度值最小。采用粒径为100目的磨粒使工件表面研磨加工后纹理更细,表面粗糙度值最低。提高主轴转速,工件表面材料去除率增加,当主轴转速为1500 r/min时,加工后工件表面粗糙度值最小。对比工件加工前后的金相组织,加工后试样表面组织晶粒变细,晶界增多,工件表面应力状态由张应力转变为压应力。结论实验确定了较优的工艺参数组合,即:加工间隙为3 mm,磨粒粒径为100目,主轴转速为1500 r/min。采用永磁场磁力研磨工艺,能够大幅降低TC11钛合金表面粗糙度,并使钛合金表面组织得到改善。     

纳米金刚石涂层刀具高速铣削7075铝合金的工艺参数优化

采用热丝CVD法制备纳米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电子显微镜表征薄膜的表面形貌,并用已制备的CVD金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速铣削7075铝合金工件,对其精铣工艺参数进行单因素及正交试验,探索精铣后工件的表面粗糙度变化规律并进行工艺参数优化。结果表明:随着主轴转速n从5000 r/min提高到8000 r/min, 工件平均表面粗糙度在逐级缓慢降低;当进给速度v_f在1000～7000 mm/min范围内,随着v_f提高工件平均表面粗糙度快速增大,在v_f为7000 mm/min时,其值达1.790 μm;当轴向切削深度a_p在0.1～0.4 mm范围内,随着a_p提高,工件平均表面粗糙度逐步增大,但a_p在0.2 mm之后其增大趋势变缓。对7075铝合金工件精铣表面粗糙度影响最大的是v_f,其次为n,a_p的影响最弱;其精铣的最优参数组合是a_p=0.2 mm、v_f=1 000 mm/min、n=8 000 r/min,精铣后的表面粗糙度平均值为0.516 μm。选用纳米金刚石薄膜涂层刀具精铣7075铝合金时,为得到较低的表面粗糙度,应选择高主轴转速、低进给速度、合适的轴向切削深度。      

钛合金铣削加工表面残余应力有限元仿真

为了分析铣削工艺参数对钛合金已加工表面残余应力的影响,根据金属切削有限元分析的相关理论,以钛合金Ti6Al4V为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。采用正交试验设计法对钛合金Ti6Al4V铣削仿真的工艺参数进行优化,并用极差法分析不同的铣削速度、铣削深度、铣削路径对钛合金Ti6Al4V工已加工表面残余应力的影响。研究表明:在钛合金Ti6Al4V铣削过程中,对工件已加工表面残余应力影响因素由小到大依次为:铣削深度<铣削路径<铣削速度,切削深度对已加工表面残余应力影响较小,铣削速度对已加工表面残余应力影响最大;在研究范围内,随着铣削速度的增大,已加工表面残余应力逐渐增加。     

金刚石涂层立铣刀与PCD立铣刀切削铝合金性能研究

目的：研究金刚石涂层立铣刀和 PCD 立铣刀切削铝合金时,铝合金表面粗糙度以及刀具的使用寿命。方法通过实验比较1μm、5μm金刚石涂层四刃立铣刀和PCD立铣刀在高速干式切削条件下切削铝合金的性能,并通过走刀距离比较不同状态刀具的使用寿命以及在走刀过程中的粘刀情况,用表面粗糙度测量仪测量加工的铝合金表面粗糙度。结果1μm、5μm金刚石涂层立铣刀加工铝合金失效距离分别为25 m、75 m, PCD立铣刀加工铝合金96 m后失效;1μm、5μm金刚石涂层立铣刀切削铝合金表面粗糙度平均值分别为1.07μm、1.10μm,PCD立铣刀切削铝合金表面粗糙度平均值为0.80μm。结论5μm金刚石涂层立铣刀是1μm金刚石涂层立铣刀寿命的5倍,PCD立铣刀使用寿命最长;1μm、5μm金刚石涂层立铣刀切削铝合金表面较PCD立铣刀粗糙,在相同切削环境下切削铝合金时, PCD立铣刀使用寿命较金刚石涂层立铣刀提高,且在抑制粘刀方面效果十分明显。