高速铣削加工钛合金Ti6Al4V的切削力和表面粗糙度试验

利用单因素实验法对高速铣削Ti6Al4V过程中各切削要素对切削力的影响进行分析,切削力随着切削速度的增加先增大后减小,随着每齿进给量和切削深度的增加而增大;利用正交试验法对高速铣削Ti6Al4V进行粗糙度分析,得出每齿进给量对工件表面粗糙度的影响最大,其次分别是切削速度、径向切深和轴向切深。     

Ti6Al4V钛合金枪钻加工的切削力试验研究

钛合金在深孔加工过程中存在刀具磨损严重和加工表面质量差等问题。本文采用整体硬质合金单刃枪钻作为深孔加工刀具,通过对刀具结构的分析和对Ti6Al4V钛合金深孔钻削的切削力试验研究,得到工艺参数对切削力的影响规律,结合制孔的表面粗糙度,优化了钛合金枪钻加工工艺参数。同时,通过刀具的磨损分析得到了钛合金枪钻加工过程中刀具的主要磨损形式。     

硬质合金刀具高速切削Ti6Al4V合金时扩散磨损的数值模拟

应用通用商业有限元软件Deform-2D,对航空用钛合金Ti6Al4V进行了不同冷却润滑条件下的正交切削有限元模拟。在参考已有刀具扩散磨损率模型的基础上,利用有限元模拟出的刀具/工件接触区的切削温度与相对滑动速度等基本变量,对高速切削钛合金Ti6Al4V时的WC-Co类硬质合金刀具前刀面的扩散磨损率进行了预测,进而分析了切削介质的冷却与润滑作用对刀具扩散磨损率的影响。研究结果表明:切削介质的润滑作用对刀具前刀面的扩散磨损率具有较大影响,而切削介质的冷却作用则对刀具前刀面扩散磨损率无显著影响。     

高速切削Ti6Al4V钛合金时切削温度的试验研究

应用硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金材料进行了高速车削和高速铣削试验,研究分析了干切削、空气射流及氮气射流条件下的切削温度变化情况。研究结果表明,氮气射流及空气射流条件下的切削温度明显低于干切削条件下的切削温度,而氮气射流条件下的钛合金高速切削温度则略低于空气射流条件下的切削温度。     

Ti6Al4V钛合金枪钻加工轴线直线度误差试验研究

针对某大型飞机轴类零件深孔加工粗糙度差、轴线偏差和切屑不易控制等问题,进行了Ti6Al4V钛合金枪钻加工试验,测试了枪钻加工深孔的轴线偏差、孔径误差和加工表面完整性,并分析了产生偏差的主要原因。从而优化了Ti6Al4V钛合金枪钻加工工艺参数,得到了Ti6Al4V钛合金17深孔枪钻加工最佳工艺参数,最终实现了860mm深孔的枪钻加工,使得最终综合误差控制在0.2mm以内,表面粗糙度Ra小于1.6μm。     

Ti6Al4V粉末热等静压致密化的数值模拟

利用MSC.Marc对Ti6Al4V粉末热等静压致密化进行数值模拟,选用Shima屈服准则,分析了粉末在热等静压过程中颗粒的流动及整体致密化趋势。同时,通过热等静压试验,验证了数值模拟结果的准确性。模拟结果表明:粉末在致密化过程中先受热膨胀后收缩致密;除包套端盖与侧壁夹角处的粉末相对密度较低以外其他区域密度相差不大,部分区域已达全致密。试验表明:压坯的收缩量、相对密度分布与模拟结果基本一致。数值模拟结果合理可靠,可以为成形复杂钛合金构件提供参考。     

切削液油压对深孔枪钻加工Ti6Al4V钛合金的影响研究

在深孔枪钻加工中,切削液承担着润滑、排屑和降温的作用,切削液油压是影响加工质量的重要因素之一。本文基于流体动力学(CFD)理论,以油压作为因素变量,开展对■17mm标准型枪钻流场的数值模拟,并结合试验探讨油压对断屑、排屑和钻削稳定性的影响。结果表明:流场内流固之间的能量传递主要集中在顶隙区出口处与切屑侧向卷曲部分,传递能力随油压的增大而增大,因此枪钻加工时油压过小易引发堵屑问题,导致加工质量恶化;油压过大时,切屑短小易于排屑,但钻削稳定性较差,导致加工质量下降。加工Ti6Al4V钛合金时,■17mm枪钻油压推荐选为4MPa。     

Ti6Al4V钛合金大进给铣削3D有限元模拟分析

大进给铣削是提高钛合金等难加工材料粗加工效率的先进工艺技术之一,但其切削机理因与常规铣削不同而仍有待进一步研究。为此,以有限元法为研究手段,应用有限元分析软件Deform-3D对Ti6Al4V钛合金大进给铣削过程进行了模拟,分析了每齿进给量对铣削力和铣削温度等参数的影响。结果表明:随着每齿进给量的增加,铣削力和铣削温度均随之增加,每齿进给量对径向切深方向的铣削分力影响最大,最高切削温度出现在切屑与刀具前刀面接触且靠近刃口的位置,工件的最大等效应力分布在第一变形区。此外,与试验结果的对比分析表明,有限元模拟值与实测值的变化趋势一致,铣削力模拟值与实测值数值较为接近,但铣削温度模拟值与夹丝法半人工热电偶实测值仍相差一定数值。     

TC4钛合金微细铣削仿真与试验研究

钛合金由于其高的强度和耐热性、低的导热系数,在微细加工时若切削参数选择不合理容易导致切削力大、加工质量不稳定。在微细铣削加工中,由于刃口半径和尺寸效应的存在,选择合适的切削参数对于切削状态的改善有重要意义。通过仿真和试验对比分析,研究TC4钛合金在微细铣削过程中每齿进给量对切屑变形、铣削力和加工表面粗糙度的影响,以期为改善微细切削状态、提高加工表面质量提供合适的切削参数选择指导。结果表明,在使用刃口半径为2.05μm、刀具直径为1 mm的硬质合金铣刀对TC4钛合金进行微细铣削加工时,微细铣削TC4钛合金切削状态发生转变时所对应的临界每齿进给量为0.8μm/z;微细铣削时每齿进给量应大于此临界值。     

基于用户材料二次开发的Ti6Al4V切削加工三维有限元模拟

采用Ti6Al4V在大应变、高应变率和高温条件下的流动应力模型,通过用户材料二次开发写入Deform-3D材料库中,在此基础上开展了不同参数条件下Ti6Al4V高速车削加工的热—力耦合有限元模拟试验,对切削力、切削温度和刀具磨损随切削参数的变化进行深入研究。与试验结果的比较表明,采用二次开发的用户材料模型,可以提高切削力仿真精度,实现对整个切削过程的更准确预测。对切削力影响由大到小依次是背吃刀量、进给量、切削速度。从切削力的角度来选择切削参数时,优先选取较高的切削速度,其次考虑较大的进给量。对切削温度影响最大的是切削速度,且切削速度与切削温度呈正比关系,背吃刀量影响最小。从切削温度角度选择切削参数时,应选用较大的进给量和背吃刀量,适当减小切削速度。切削速度对刀具磨损的影响最大,所以,为了延长刀具的使用,必须合理地选择切削速度。     

砂带干式磨削Ti-6Al-4V钛合金的磨削力

对砂带干式磨削Ti-6Al-4V钛合金的的磨削力进行了测试,分析了磨削参数对磨削力的影响;用动态测力仪、三维体式显微镜、粗糙度仪和显微硬度计对磨削试样表面质量进行了分析,提出了砂带磨削工艺参数的优化方案。结果表明:在砂带干式磨削条件下,磨削力随着磨削深度和工作台进给速度的增大而增加,随着砂带线速度的提高而减小;在砂带线速度为15 m.s-1,工作台进给速度为315 mm.min-1,磨削深度为0.025~0.1 mm时,合金表面粗糙度Ra≤0.35μm。     

Experimental Study on Cutting Forces and Surface Integrity in High-Speed Side Milling of Ti-6Al-4V Titanium Alloy

This article is concerned with the cutting forces and surface integrity in high-speed side milling of Ti-6Al-4V titanium alloy. The experiments were conducted with coated carbide cutting tools under dry cutting conditions. The effects of cutting parameters on the cutting forces, tool wear and surface integrity (including surface roughness, microhardness and microstructure beneath the machined surface) were investigated. The velocity effects are focused on in the present study. The experimental results show that the cutting forces in three directions increase with cutting speed, feed per tooth and depth of cut (DoC). The widths of flank wear VB increases rapidly with the increasing cutting speed. The surface roughness initially decreases and presents a minimum value at the cutting speed 200 m/min, and then increases with the cutting speed. The microstructure beneath the machined surfaces had minimal or no obvious plastic deformation under the present milling conditions. Work hardening leads to an increment in micro-hardness on the top surface. Furthermore, the hardness of machined surface decreases with the increase of cutting speed and feed per tooth due to thermal softening effects. The results indicated that the cutting speed 200 m/min could be considered as a critical value at which both relatively low cutting forces and improved surface quality can be obtained.     

钛合金TC4的钻削力试验研究

钛合金TCA属于较难加工材料,其小孔钻削尤为困难。为得到钻头直径、钻削参数（进给量、切削速度）和刀具材料对钻削力的影响规律,采用标准高速钢钻头对TCA与45钢进行了钻削对比试验,并用多元线性回归分析模型分别建立了扭矩和轴向力的经验公式。结果表明,TC4的钻削力比45钢大,钻削参数对钻削力的影响规律与45钢基本相同,即钻头直径对扭矩和轴向力影响最大,进给量次之,切削速度的影响最小。     

高速铣削钛合金Ti-6Al-4V切屑形态试验研究

对高速铣削的切屑进行了微观组织研究,建立了切削要素、切屑形态、切削力、表面粗糙度等因素之间的关系。研究发现,切削速度越高,热量向外扩散的时间越少,聚集在剪切带内的热量越多,剪切带内发生动态再结晶的可能性也就越高,大量的热量促进了剪切带内的热塑性失稳,进而使绝热剪切带产生的频率大幅度提高,切屑的锯齿化程度也就随之加大;计算了不同切削条件下绝热剪切带中心的温度、热量扩散速度等,发现热量扩散速度远低于其变形速度,进而证明了高速切削钛合金Ti-6Al-4V时,绝热剪切带内发生了动态再结晶现象。考虑到再结晶软化效应对材料本构的影响情况,建立了改进J-C本构模型,该模型用两个表达式表述不同临界应变值区间范围的材料本构特征,理论计算证明了改进J-C本构比J-C本构更准确。     

置氢对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响

为掌握置氢改善钛合金切削性能的机理,利用光学显微镜与X射线衍射仪分析了置氢Ti-6Al-4V合金的显微组织,采用热膨胀仪与热常数测试仪测定了该合金的热膨胀系数和导热系数,通过高温拉伸试验研究了该合金的力学性能。结果表明:置氢后,随着氢含量的增加,合金中的β相比例提高,并且生成了δ氢化物;与未置氢钛合金相比,在900℃时的热膨胀系数最大降幅为6%,而导热系数在500℃时的增幅最大,为40%;置氮后的钛合金,在800℃时抗拉强度与伸长率的降幅分别为19%和74%。     

Ti6Al4V的微磨粒磨损研究

研究了医用Ti6Al4V合金在蒸馏水中的微磨粒磨损行为,考察了载荷、滑行距离、料浆浓度和转速对微磨粒磨损规律的影响,并对微磨粒磨损机制进行了讨论。结果表明:随载荷、滑行距离和料浆浓度的增加,Ti6Al4V合金的磨损量增加,磨损机制由三体磨损转变为混合磨损。     

Ti6Al4V合金在Saline溶液中的微动腐蚀特性

采用液压高精度微动试验机,做了Ti6A l4V/Si3N4摩擦副在干态、蒸馏水和Saline溶液等3种介质中的微动腐蚀试验,用激光共焦扫描显微镜(LCSM)观察了磨痕表面形貌并测量了磨损体积。结果表明:蒸馏水和Saline溶液改变了微动运行区域;空气中的摩擦因数与磨损体积最大,Saline溶液中最小,3种介质中的摩擦因数与磨损体积均随位移增加而增加;载荷增加时,磨损体积增大而摩擦因数减小;较大位移时,腐蚀与磨损交互作用显著地加速了Ti6A l4V的材料流失;微动损伤主要表现为剥落与磨粒磨损共同作用。