高温合金蜂窝芯冰固持低损伤加工技术研究

针对金属蜂窝芯存在的薄壁多孔、各向异性、面内弱刚性、径向强度小等加工难题,提出了高温合金蜂窝芯冰固持低损伤加工方法.分析了金属蜂窝芯冰固持装夹原理,验证了工艺系统的适应性和可靠性.开展了蜂窝芯冰固持超低温冷却加工的单因素试验,阐明了蜂窝芯加工缺陷形成规律.试验结果表明:在金属蜂窝芯加工中引入冰固持超低温冷却的装夹和加工...     

高温合金蜂窝芯高速铣削材料去除机理与损伤行为

高温合金蜂窝芯材料具有高比刚度、轻质和能量吸收特性好等优异性能,被视为下一代高超声速飞行器热防护结构极具潜力的材料。高速铣削是高温合金蜂窝芯零件成型过程中重要的减材制造工艺,在蜂窝芯材料高速铣削时,蜂窝芯材料面内刚度低且高温合金塑性好,较小的切削力就会使蜂窝壁产生较大的塑性变形,导致蜂窝芯加工精度较低、加工损伤难以控制,对后续焊接、装配等工序产生不利影响。基于有限元仿真对蜂窝壁切削材料去除机理进行了深入研究,探索了铣削参数、刀具类型和铣削方式对铣削过程中铣削力和加工损伤的影响。研究结果表明,蜂窝壁切入角是影响蜂窝芯材料切削加工过程中瞬时应力分布和成屑机理的关键性因素。得到了铣削参数、刀具类型和铣削方式对高温合金蜂窝芯加工过程中加工损伤的影响规律。对于铣削参数,过大的进给量会导致芯格变形等加工损伤,降低切削速度会提高微小毛刺等加工损伤发生的频率;本文采用的三种刀具的对比结果表明,立式铣刀加工质量最好。插铣方式会产生明显的轴向冲击,而侧铣方式可以有效避免轴向冲击。研究成果为高温合金蜂窝芯低损伤高性能加工提供了理论依据和工艺技术储备。     

基于蜂窝芯圆盘刀切削齿的系统稳定性研究

从圆盘刀超声振动切削Nomex蜂窝芯加工原理出发,将圆盘刀超声加工系统简化成双自由度弹簧-质量-阻尼系统并建立了圆盘刀超声振动动力学模型,推导了圆盘刀加工系统临界稳定成立的条件式。在理论分析的基础上,基于MATLAB/SIMULINK搭建了圆盘刀系统动力学仿真模型,并开展了颤振仿真试验,研究得出了切削齿数对系统稳定性的影响规律:在低转速范围内,随着刀具切削齿数量逐渐增大时,加工系统稳定性逐渐降低;在高转速范围内,加工系统的稳定性随着刀具切削齿数量的增大反而逐渐增强。采用控制变量法在转速为1 500 r/min等加工条件下通过使用所设计的3种不同齿数的圆盘刀现场加工Nomex蜂窝芯得到的零件表面质量对比分析表明,大齿数Z=36的圆盘刀加工得出的零件表面质量更高,系统稳定性更好,与仿真结果一致,从而很好地验证了已建立的超声振动动力学模型与稳定性条件式。     

高速铣削铝蜂窝芯壁变形研究

铣削铝蜂窝芯的过程中,由于材料在垂直于芯格轴向的方向上刚性很低,刀具在初始接触蜂窝壁时材料很难直接被完全切除,蜂窝壁会发生让刀变形,进而导致蜂窝壁发生翻转和弯曲。另外,刀具对蜂窝壁的挤压、摩擦会影响金属在切削加工表面的塑性流动,从而影响蜂窝壁的变形,因此控制铝蜂窝芯壁的变形对于研究铝蜂窝芯缺陷的形成有非常重要的意义。本文通过ABAQUS软件进行有限元模拟和铣削实验,探究了铣削深度和冰固持高度对槽铣过程中蜂窝壁变形的影响规律。研究证明,铣削深度和冰固持高度对蜂窝壁变形过程有显著影响。     

超声振动车削精密液压阀芯的试验研究

使用涂层刀具对精密液压阀芯进行了超声振动车削试验,在刀尖圆弧半径r=0.2mm～0.8mm的车削条件下,试验对比分析了超声振动切削与普通切削的加工效果。试验结果表明:超声振动切削的温度整体要低于普通切削,表面质量也优于普通切削。在切削参数f=0.12mm,v=15m/min,a_p=0.015mm时,随着刀尖圆弧半径的增大,切屑宏观形态依次为:粒状,小螺旋状,大螺旋状;在同等条件下,超声切削产生的切屑较为松散,且颜色白亮。     

蜂窝材料冰结加工技术试验研究

蜂窝材料属于难加工材料,其加工方法和固持方法对加工质量有着重要影响。本文介绍了蜂窝芯的结构性能特点,阐述了装夹蜂窝芯的方法。试验采用硬质合金圆刀片组合铣刀对冰结夹持条件下的铝基蜂窝材料进行高速铣削,分析了切削参数对切削力和切削温度的影响规律以及加工缺陷的形成原因,验证了冰结法对蜂窝材料的固持效果。试验结果表明:蜂窝芯表面质量有较大提高,有效抑制了加工缺陷;获得了切削参数对切削力和切削温度的影响规律。该方法提高了蜂窝芯强度,改善了断屑方式,并为低温加工为面内强度小、刚度弱的薄壁金属基蜂窝芯高效加工提供了新方法。     

车削参数对GH4079高温合金表面特征的影响研究

研究车削参数对GH4079高温合金表面特征的影响规律,为车削加工GH4079高温合金选择合理的加工参数提供实验基础依据。采用车削速度为280~560m/min,切削深度为0.5~1.0mm,进给量为0.035~0.088mm/r的车削参数对GH4079高温合金进行车削加工,并用CALISUM表面粗糙度仪、显微硬度仪及X射线应力衍射仪对GH4079高温合金车削表面特征(表面粗糙度、表面显微硬度及表面残余应力)进行测定。GH4079高温合金车削表面粗糙度值在Ra502~Ra1 121nm范围内变化,表面显微硬度值在570.2~677.3HV范围内波动,进给方向残余应力σr(X)呈压应力状态,而垂直于进给方向残余应力σr(Y)呈拉应力状态。研究结果表明:表面粗糙度和表面显微硬度对切削速度的变化最为敏感,表面残余应力对切削深度的变化最敏感;表面粗糙度和表面显微硬度均随切削速度的增加而减小;表面残余压应力随切削深度的增大而增大,表面残余拉应力随切削深度的增大而减小。     

Nomex蜂窝芯直刃尖刀超声切割表面微观形貌特征

Nomex蜂窝芯是典型的难加工材料,具有高比强度,比刚度及各向异性的特点。超声辅助切割是蜂窝芯复合材料的一种高效加工方法,可以得到比高速铣削更好的加工质量。但是在超声切割加工过程中依然会存在不同程度的纤维拔出,酚醛清漆层剥落等加工缺陷特征。为了研究其微观形貌特征,采用纵切,斜切,横切三种方式切割蜂窝芯,并对蜂窝芯的加工形貌进行观测。根据微观形貌在蜂窝芯壁上的位置,分别归纳为酚醛清漆层、热压芳纶纸层和蜂窝壁的形貌。研究超声刀具加工参数对材料破损形貌特征的影响。结果表明在10 μm到30 μm范围内提高超声刀具振幅,在500 mm/min到3 500 mm/min范围内降低进给时会降低蜂窝芯加工过程中的酚醛清漆层剥落的几率。     

Inconel718合金高速切削加工的工艺参数优化

高温合金Inconel718（铬镍铁合金）的高速切削加工具有重要意义。对高速切削加工过程中Inconel718的可切削性进行试验研究,通过对切削力、切削温度、切屑形貌和材料声发射（AE）状态的观察,进行加工参数优化。试验中使用嵌入式碳化钨硬质合金（K20）刀具,在高速精密VDF车床干切削条件下进行Inconel718ff金的高速切削。结果表明,能够获得最佳加工质量的切削速度为45～55m／min。进给量为0．08mm／r,切削深度为0．5mm。     

涂层刀具高速铣削铁基高温合金的切削力及表面粗糙度研究

针对铁基高温合金GH2132高速加工时铣削力大、加工质量不稳定的特点,采用新型涂层硬质合金刀具进行高速干铣削试验,研究切削参数对铣削力及加工表面粗糙度的影响规律。运用极差分析法并根据泰勒公式、正交试验数据和回归分析得出拟合公式,结果表明:对铣削合力峰值影响较大的切削因素是轴向切削深度和径向切削深度;对加工表面粗糙度影响较大的因素是每齿进给量和轴向切削深度。当vc=50-100m/min、fz=0. 08-0. 10mm/z、ap=0. 2-0. 3mm、ae=3-4mm时,可以获得较小的铣削力和表面粗糙度,且拟合公式可以有效预测加工过程中铣削力和表面粗糙度值。本文对探究刀片磨损机理及提高表面加工质量提供了参考数据。     

匕首刀超声切削Nomex蜂窝芯复合材料切削力预测模型构建

蜂窝芯复合材料是广泛应用于航空、航天等领域的高性价比材料,但其加工过程中常因加工参数等原因造成芯格撕裂、破损等缺陷。切削力是衡量匕首刀超声振动切削Nomex蜂窝芯材料加工质量的重要物理量,为进一步优化加工参数,通过排除芯带粘接及切削位置对切削力的影响,建立匕首刀切削力预测模型,分析了在不同切削深度、进给速度、刀具前倾角及刀具侧倾角下匕首刀切削力的变化规律。实验结果及分析表明,修正及优化后建立的预测模型拟合情况良好,可用于预测对应变量对切削力的影响。随着刀具倾角的减小,切削力减小,且相较于前倾角,侧倾角影响更大。     

轴向车铣细长杆的动力学分析

根据弹性体动力学理论,建立轴向车铣细长杆的动力学模型,得到了各阶固有频率和主振型的计算公式,分析了在简谐激励下细长杆强迫振动的动力学响应.利用ANSYS对40Cr细长杆的车铣加工进行了模态分析和谐响应分析,得到了细长杆振动峰值的频率和幅值,且与理论计算的结果一致.研究结果表明,在细长杆的车铣加工中,应合理选择铣刀转速和齿数,可使切削频率避开共振区间,有利于得到更好的加工质量.     

PCBN刀具切削高温合金锯齿形切屑形成机理

高温合金被广泛的应用于航空航天工业中,它是一种典型的难加工材料,切削过程刀具磨损严重。PCBN刀具作为一种超硬刀具材料在加工高温合金方面具有较大潜能,但由于PCBN刀具没有断屑槽,故断屑困难。因此研究切削参数以及刀具磨损对切屑形成的影响规律对推进PCBN刀具的应用具有重要的意义。通过试验研究切削参数和刀具磨损对切削力、切屑宏观状态和切屑微观参数(切屑剪切角、切屑厚度、齿高和齿间角)的影响规律。试验结果表明:当切削速度为97 m/min,切削深度为0.1 mm,进给量为0.14 mm/r时,切屑的宏观状态最佳。并根据试验结果,确定了绝热剪切带的位置和两个切屑锯齿形成的关系,进而建立了PCBN刀具切削高温合金GH4169的锯齿形切屑的形成机理模型:当刀具运动到某一点开始出现绝热剪切带,继续运动到下一点,形成一个锯齿,继续运动将出现下一个剪切失稳。     

硬质合金刀具切削TZM钼合金的磨损机理研究

为有效解决钼钛锆合金(又称TZM钼合金)高效高质量加工问题,采用YG8、YT30和赛隆三种刀具进行干切削试验,并对优选刀具进行刀具磨损和失效机理研究。试验结果表明：在相同试验条件下,YG8比其它两种刀具寿命更高;YG8在切削过程中,切削速度v≤150m/min,进给量f≤0.1mm/r,背吃刀量a_p在0.5～0.8mm范围内;YG8刀具的磨损机理主要是黏结磨损、扩散磨损和氧化磨损,且前刀面的氧化磨损和扩散磨损比后刀面严重,失效形式主要是后刀面的正常磨损。     

航空难加工材料超声振动辅助切削技术现状及发展趋势

综述了钛合金、镍基高温合金及碳纤维增强复合材料等典型航空难加工材料超声振动辅助加工现状,在刀具上施加一维或二维超声振动可以提高航空难加工材料的切削加工性,具体表现为切削力降低、表面粗糙度改善、刀具磨损降低等。试验发现二维超声振动在切削航空难加工材料时效果更加显著。试验表明,未来开展超声振动加工与其它方式的复合加工将是进一步提高航空难加工材料切削加工性的有效手段。     

篦齿盘高敏感孔螺旋铣加工工艺研究

研究了GH4065A粉末高温合金篦齿盘高敏感孔螺旋铣削加工工艺,通过试验摸索出螺旋铣削粉末高温合金异形孔的加工工艺参数,实现了螺旋铣削加工工艺代替传统磨粒流加工的目的。通过对篦齿盘零件材料及工艺结构特点、加工难点的分析,结合高敏感孔加工工艺过程控制要求,采用试验方法,开展切削工艺参数的试验。粗加工过程采用钻削加工方式,主轴转速S=350 r/min,进给量F=0.05 mm/r。一把钻头加工18个孔后,刀具磨损量达到0.191 mm,接近技术要求规定的钻头最大磨损带不超过0.20 mm的上限要求;精加工过程采用?2.8×R0.8四刃端面铣刀,利用端面铣刀刀尖R作为切削刃进行螺旋铣削,并开展铣削过程扭矩监控,主轴转速S=1 700 r/min,进给量F=0.05 mm/r,每层切削深度为0.15 mm,之后进行孔口倒角铣削及孔口毛刷去毛刺加工。通过检测,异形孔加工尺寸满足要求,表面粗糙度达到Ra1.6μm,所有技术指标均满足图样要求。     

高速铣削参数对锡铋合金切削温度影响的试验研究

针对锡铋合金材料熔点低、切削加工性不明的问题,采用红外测温仪研究了干式高速铣削参数对锡铋合金工件切削温度的影响,采用正交试验法进行试验规划,用直观分析法对试验数据进行分析,结果表明:铣削参数对切削温度的影响程度从大到小依次为:切削深度、进给量、主轴转速、行间距;对锡铋合金进行高速铣削时,切削温度随着进给量和切削深度的增加而升高,随着主轴转速的增加而降低,行间距对切削温度基本无影响;得出了最优铣削参数组合,当主轴转速为9000r/min、进给量为150mm/min、切削深度为0.6mm、行间距为0.4mm时,切削温度最低;对锡铋合金进行干式高速铣削过程中刀具无明显磨损,在试验范围内未发现锡铋合金加工表面有熔化现象,锡铋合金属于易切材料。     

数控加工参数对FDM成型精度影响研究

为了提高熔融沉积成型(FDM)打印件的表面质量,提出利用数控加工方式对FDM工艺成型件进行表面加工的后处理方法。采用正交试验法,分别研究主轴转速、进给速度和切削深度等数控加工参数对FDM工艺成型件的表面加工误差和表面粗糙度的影响。结果表明,通过数控加工可以有效提高FDM工艺成型的精度。当主轴转速为600r/min,切削深度为0.4mm,进给速度为0.1mm/min时,加工误差达到最小值0.01mm。当进给速度为0.1mm/min,切削深度为0.4mm,主轴转速为400r/min时,表面粗糙度达到最小值1.824μm。     

高速切削车刀

德国Kennametal Hertel公司开发出由KYON-4300陶瓷、聚晶氮化硼和聚晶金刚石制造的车刀.KYON-4300热压陶瓷是在氧化铝基组织内加入单晶碳化硅制成,由于单晶碳化硅具有高的机械强度,因此KYON-4300陶瓷具有类似玻璃钢的显微组织韧性.用配有KYON-4300陶瓷的车刀加工时,切削用量如下:加工合金化灰铸铁时,切削速度400～800m/min,进给量0.2～0.6mm/r,切削深度0.5～6mm;加工热强合金时,切削速度100～400m/min,进给量0.05～0.4mm/r,切削深度0.5～4mm;加工白口铸铁时,切削速度50～200m/min,进给量0.05～0.3mm/r,切削深度0.5～7mm.     

球头铣刀高速切削Inconel 718的刀具磨损研究

为了实现航空高温合金的高速高效加工,通过对Inconel718的铣削试验,分析了涂层球头铣刀切削高温合金时的加工性能。试验结果表明,乳化液在90m/min的切削速度下仍然具有较好的冷却润滑作用。通过对TiAlN涂层和TiAlN+Al2O3涂层刀具的对比试验,证明TiAlN涂层具有优异的耐磨性,可显著提高加工高温合金时的刀具寿命。