4Cr5MoSiV电火花加工工艺试验研究

综合应用了单因素试验和正交试验,对4Cr5MoSiV钢进行了电火花加工工艺试验。在分析电加工特征的基础上,考查了电规准及交互作用对材料去除率、电极损耗、相对损耗等影响,并对电火花加工机理进行了研究。研究结果表明：4Cr5MoSiV在峰值电流为4～24A,脉冲宽度为25～400μs,加工电压为80～200 V范围内,电极材料为工业纯铜T1,采用负极性加工时,脉冲宽度对相对损耗比的影响效果比峰值电流、加工电压显著;选择合适的脉冲宽度可以在低电极损耗比的条件下获得较高的材料去除率。     

TC4铣削加工的刀具磨损与切削力和振动关系研究

采用AlCrN涂层整体硬质合金立铣刀铣削TC4钛合金,测量周刃磨损量、切削力和切削振动。使用扫描电镜（SEM）观察刀具磨损形貌,应用能谱分析的方法研究刀具失效表面元素的分布规律。在揭示磨损机理的基础上,进一步探讨刀具磨损对切削力、切削振动的影响规律,为实现钛合金加工刀具磨损状态的在线检查提供理论和技术支持。研究表明：前刀面主要出现机械裂纹、热裂纹、粘结磨损和氧化磨损,后刀面出现机械裂纹、粘结磨损和氧化磨损;整体上,切削力和振动随着磨损量的增大而增大,但不同磨损状态对切削力和振动的影响不同。     

钛合金薄壁件超声椭圆振动铣削研究

针对航空领域中钛合金薄壁件在铣削过程中存在切削力大、加工精度低等问题,提出了超声椭圆振动铣削方法进行钛合金薄壁件的加工。超声椭圆振动铣削时,刀尖的特殊运动轨迹使刀尖具有高线速度特性和高频断续切削特性,平均切削力大为降低,从而增强了铣刀的切削能力,提高了切削加工精度。利用自制的超声铣削刀柄系统,对钛合金试件进行铣削实验,结果表明与普通铣削相比,超声椭圆振动铣削的切削力可降低达50%,零件的形位精度得到了显著提高。     

基于人工神经网络的铣削加工变形预测模型

针对零件铣削加工变形难以在线检测的难点,提出了一种基于神经网络的加工变形在线预测方法,通过正交试验方法设计试验方案,进行了不同铣削参数条件下的铣削试验,以试验数据为训练样本建立了基于BP神经网络的铣削加工变形与铣削参数关系的预测模型。通过生产试验验证,此模型在样本参数覆盖范围内的模型精度可达99.56%、在覆盖范围外的模型精度高于95.47%,说明该神经模型能定量的反映出铣削参数与加工变形之间的关系。     

航空薄壁件铣削加工动态特性与实验分析

基于铣削力系数辨识实验,建立铣削力的数学模型。利用有限元动力学分析技术与铣削振动力学数学模型的结合,得到“一”字型薄壁件振幅响应公式和曲线,并对其进行扩展应用于复杂的航空薄壁件。依据主轴转速与工件的固有频率关系,编制出参数化动态特性分析程序,实现航空薄壁铣削参数的优化。     

低速单向走丝电火花线切割钛合金TC4表面粗糙度试验研究与建模

低速单向走丝电火花线切割在钛合金加工领域有着不可替代的作用和地位,但微观放电的复杂性决定了其难以建立有效的表面粗糙度数学模型,同时现有机床系统中并没有针对钛合金材料的加工参数。以钛合金TC4为试验研究对象,采用Design-Expert设计Box-Behnken试验并通过三维轮廓仪和扫描电子显微镜对加工后的表面形貌、功率频谱和重熔层进行分析。观测结果表明：电火花加工表面没有明显纹理,为各向同性,不同于磨削加工表面;当峰值电流为40 A,开路电压为100 V,脉冲宽度为18 μs时,裂纹延伸至TC4基体。利用响应曲面法通过模型选择和显著性检验得出三维表面粗糙度的2阶数学模型,能正确地映射出低速单向电火花线切割钛合金的工艺规律。为了提高模型预测精度和泛化能力,引入BP神经网络建立组合模型,试验验证结果表明：样本内相对误差均值由4.33%降低到3.26%,样本外相对误差均值由13.31%降低到8.50%,为电火花加工工艺仿真提供新的方法和途径。     

钛合金深小孔的微细超声电火花加工技术

本文分析了钛合金深小孔加工的技术难点 ,研究了超声振动在深小孔电火花加工中的作用机理 ,并据此研制出了四轴联动微细超声电火花加工机床。在所研制的机床上 ,成功地在 TC4钛合金上加工出了直径为 Φ0 .2 mm,深径比为 1 5的深小孔。     

单晶硅电火花成形加工试验研究与工艺参数优化

针对电火花加工过程中材料去除率、表面粗糙度和电极损耗这3个工艺目标不能同时兼顾的问题,以P型单晶硅为试验加工对象,采用中心组合设计试验考察峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔对单晶硅电火花成形加工过程中材料去除率、表面粗糙度以及电极损耗的影响,引入响应曲面法建立材料去除率、表面粗糙度和电极损耗的2阶关系模型,方差分析结果表明响应模型具有很好的拟合程度和适应性。进一步分析实际加工条件对工艺参数的约束,以提高材料去除率,降低表面粗糙度和电极损耗为目标建立工艺参数优化模型,设计基于带精英策略的非支配排序遗传算法对优化问题进行求解。在最优解条件下材料去除率的验证结果与理论最优值的平均相对误差为4.9%,表面粗糙度的验证结果与理论最优值的平均相对误差为5.2%,电极损耗的验证结果与理论最优值的平均相对误差为5.7%. 验证试验表明,该算法能实现硅材料放电成形加工过程的工艺参数优化。     

微细铣削振动信号非线性特征的试验研究

微细铣削具有很强的三维微细加工能力,是目前微细切削最主要的一种应用方式。与常规尺度铣削相比,微细铣削的工艺效果与工艺参数之间更容易失去确定性关系而表现出非线性特征。为此,利用压电式高阻抗三向加速度计分别采集了获得正常铣削表面和宏观振纹表面时的微细铣削振动信号。应用均方根值(RMS)和峭度K等时域特征参数,以及重心频率(FC)、均方根频率(RMSF)和频率标准差(RVF)等频域特征参数描述了振动信号能量、差异程度、功率谱主频带、能量分散程度的变化历程。研究表明:失稳是微细铣削过程中非线性现象的主要原因;振动信号主频带对于铣刀进给运动方向状态的变化最为敏感,其次是铣削深度方向,最后是铣刀安装轴向方向。     

带冠整体叶轮电火花加工电极及其运动轨迹同步设计方法

电火花加工是带冠整体叶轮整体制造的重要工艺方法,其电极及加工运动轨迹设计直接影响加工质量和加工效率。由于带冠整体叶轮叶间流道弯扭狭窄,使得电极及其运动轨迹设计往往比较复杂。提出一种以保证电极成形面完整和最大刚度为核心的电极及其运动轨迹同步设计方法,并基于计算机辅助设计UG二次开发平台研究了该同步设计方案的实现方法。以某型带冠整体叶轮的试制加工为例进行了试验验证,结果表明该方法可显著提高设计效率,并能够满足加工精度和加工稳定性要求。     

TC25钛合金机匣优化锻造工艺研究

针对TC25钛合金机匣类薄壁零件在加工和使用过程中容易变形,通过对TC25钛合金某锻件进行锻造、热处理等工艺参数优化的技术研究,对比分析原工艺和优化工艺对锻件产品组织、性能、残余应力等方面的影响,优化工艺生产锻件的组织均匀性和应力均匀性,工艺优化效果明显,基本实现了残余应力和组织状态有效管理.     

镍基合金蜂窝材料冰固持条件下的超低温铣削研究

由于低刚度航天用薄壁镍基合金蜂窝材料在机械加工后常伴有卷曲、开焊、塌边等缺陷,故需改进其固持和加工方法。将该材料进行冰固持方法处理,采用数控铣床进行高速超低温加工。分析蜂窝铣削性能和加工缺陷产生原因,揭示冰固持超低温铣削机理。试验结果表明：相比于传统固持加工方式,冰固持超低温铣削后,蜂窝表面质量有很大提高,相关加工缺陷得到了有效抑制,切削深度对表面质量影响较大;获得了加工参数对铣削力影响顺序：切深最大,可提高3倍,其次为主轴转速,进给速度最小。该方法提高了蜂窝强度,改善了断屑方式。冰固持超低温工艺为面内径向等效强度小、低刚度薄壁金属蜂窝材料的高效加工提供了新方法。     

圆环面铣刀高速铣削S50C模具钢的工艺参数研究

为了探究高速铣削过程中工艺参数对表面粗糙度的影响规律,采用多因素正交试验方法对常用模具钢S50C进行高速铣削试验,测量了使用圆环面铣刀铣削加工时不同主轴转速、进给速度、切削深度、切削行距、刀具倾角下加工工件的表面粗糙度,利用人工神经网络结合遗传算法建立了表面粗糙度预测与工艺参数优选模型,并且对模型的有效性进行了验证。结果表明,此方法可以用于切削加工前表面粗糙度的预测与工艺参数的优选,同时也为其他材料加工工艺参数的研究提供了方法。     

中高应变率条件下TC18钛合金动态力学行为的实验研究

应变和应变率是影响材料力学行为的两个重要因素,分离式霍普金森压杆（SHPB）技术是实现不同应变和应变率加载的有效途径之一。为研究室温下TC18钛合金的塑性变形和破坏行为,采用SHPB,通过调节子弹长度和速度实现对TC18钛合金圆柱试样不同应变和应变率的加载。实验得到了TC18钛合金在不同应变率下的真应力-真应变曲线和同一应变率不同应变下的真应力-真 应变曲线,并分别分析了应变硬化和应变率强化效应对TC18钛合金的动态力学性能的影响。实验结果表明：TC18钛合金压缩试样破坏时断口与加载方向（轴线）之间的夹角约为45°,其压缩破坏形式为典型的剪切破坏,与应变和应变率相关;应变率越高,TC18钛合金的流动应力和屈服强度越高,故该材料具有明显的应变率强化效应;绝热剪切带是裂纹形成和试样发生宏观剪切破坏的先兆。     

芳纶纤维增强复合材料低温铣削研究

为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。 为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。     

电火花磨削加工蜂窝环的热物性参数研究及表面温度场仿真分析

基于GH536高温合金材料的性能特点,通过试验利用数值模拟方法得到了GH536高温合金的热物性参数随温度变化的非线性规律,并利用ABAQUS软件对电火花磨削加工蜂窝环时温度场分布进行了有限元模拟,分析了温度场分布对蜂窝环表面加工质量的影响。试验结果表明：利用有限元分析对电火花磨削蜂窝环时温度场的分布规律进行模拟是可行的,且模拟过程准确、迅速,适用于电火花磨削薄壁类零件的工艺过程的优化,更为精确计算电火花磨削过程中产生的热应力、残余应力等提供了理论依据。