温度对CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔亚表面质量的影响

为研究CFRP/Ti叠层构件螺旋铣孔加工时切削温度对亚表面质量的影响,采用CFRP孔下方有无钛合金的两种加工方式,对比分析两种加工方式加工时的切削温度,研究切削温度对CFRP亚表面损伤的影响.结果表明:孔下方有钛合金时CFRP孔出口处切削温度大幅度升高(与单独加工CFRP相比,温度升高了25℃,提高了20％);孔下方有...     

不同刃数铣刀螺旋铣孔CFRP/Ti叠层材料研究

为研究不同刃数铣刀螺旋铣孔的情况,分别使用2刃铣刀与4刃铣刀对CFRP/Ti叠层材料进行一体化螺旋铣孔试验。在相同的切削参数条件下,对两种铣刀螺旋铣孔的切削力、刀具后刀面磨损长度、CFRP入口质量及Ti出口质量进行了测量。结果表明:随着叠层材料加工的进行,刀具正常磨损时,刃数越少的铣刀后刀面磨损越快;刀具剧烈磨损后,刃数越多的铣刀,后刀面磨损越迅速。刃数越多的铣刀所产生的轴向推力及径向力越大。在进出口加工质量上,2刃铣刀抑制了Ti出口的飞边现象,4刃铣刀对CFRP的入口毛刺起到抑制作用。     

CFRP/Ti叠层构件钻削过程中硬质合金刀具磨损特性

为研究硬质合金刀具钻削CFRP/Ti叠层构件和钛合金时崩刃失效问题,采用硬质合金刀具对叠层构件和钛合金进行对比钻削试验,并对加工过程中的钻削力、钻削温度以及后刀面磨损长度进行分析,讨论刀具寿命不同的原因。结果表明:在相同条件下,与单独钻削钛合金相比,硬质合金刀具钻削CFRP/Ti叠层构件寿命更长;刀具发生崩刃失效之后,崩刃区被大量钛粘焊物覆盖,即刀具崩刃后导致切削力及切削温度的急剧增大,使得在崩刃区域极易产生粘焊现象;钻削CFRP/Ti叠层构件与钻削钛合金相比,由于CFRP板的存在,会延缓刀具崩刃失效现象,但是无法避免崩刃失效的发生。     

CFRP/Al叠层材料变进给钻削表面质量分析

为了降低碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝合金(Al)叠层制孔产生的纤维撕裂和毛刺高度,提出了一种基于几何函数设定进给量的方法,即当刀具位于叠层材料钻入区、叠层区、钻出区时,主轴进给量按正弦曲线的变化规律进行设定.在相同的加工效率下,将该方法同定进给钻削进行实验对比,分析了变进给钻削对轴向力、复合材料撕裂损伤以及金属孔...     

超声振动辅助铣磨加工CFRP表面质量研究

为研究超声振动辅助铣磨加工(ultrasonic vibration assisted grinding,UAG)中各加工参数对CFRP加工工件表面粗糙度与形貌的影响,开展了转速、每齿进给量、径向切深的正交试验,并对粗糙度随每齿进给量和径向切深的变化趋势进行了分析。试验结果表明:转速、每齿进给量、径向切深中对粗糙度影响最大的参数为径向切深,影响最小的参数为转速;在转速8000r/min,径向切深200μm条件下,每齿进给量fz从5μm增加到8μm时,UAG加工方式下的工件表面粗糙度值增加了20.61%。在转速8000r/min,每齿进给量8μm条件下,径向切深ae从250μm增加到400μm时,UAG加工方式下的工件表面粗糙度值增加了27%。     

钛合金螺旋铣孔切削工艺的正交优化与试验分析

目的稳健设计螺旋铣孔对难加工材料钛合金加工件的切削参数(切削深度、每齿进给量和主轴旋转速度)。方法用正交优化法制定一套试验方案并实施,使用粗糙度量仪、三坐标、显微镜等对钛合金孔表面粗糙度(Ra)、孔径精度和出口端毛刺高度进行测量和分析;在此基础上,利用试验数据分析影响因素水平极差和贡献率,优选出一组切削参数组合(主轴旋转速度2000 r/min、每齿进给量为0.07 mm和切削深度0.25 mm/r),以此为基准,对待加工钛合金工件表面粗糙度进行预测;为进一步验证预测值满足孔表面质量标准,然后对钛合金加工件试验分析。结果结果表明,孔表面粗糙度介于0.55~0.75μm,孔径精度介于H7~H9,很好地达到了航天或汽车工业对钻孔粗糙度的技术要求。结论由此可见,使用该方法,不仅可获得稳健设计切削参数,还可改善钛合金螺旋铣孔切削工艺。     

碳纤维复合材料螺旋铣孔铣削力及铣孔质量试验研究

作为一种新型制孔工艺,螺旋铣孔能有效地减小碳纤维复合材料轴向力并改善其加工质量。因此,准确预测碳纤维复合材料螺旋铣孔过程中切削力的大小,有助于合理选择切削参数以及减小加工缺陷的产生。对碳纤维复合材料进行螺旋铣孔试验研究,得到不同切削参数下的切削力以及加工质量。利用线性回归分析,推导出轴向力和平面切削力经验公式。然后,通过对孔质量观察,发现入口和出口处均没有明显的撕裂现象,主要加工缺陷是入口毛刺,最后,探讨切削参数对入口毛刺的影响。     

螺旋铣孔末端执行器控制系统研究

根据螺旋铣孔末端执行器的运动特性,提出了一种基于PC+DMC5480运动控制卡的末端执行器开放式运动控制系统的设计方案。以PC作为运动控制的核心处理器,DMC5480运动控制卡为运动控制器搭建了运动控制系统的硬件平台;并以VB为工具,开发了具有开放性、通用性和灵活性的运动控制系统软件平台。结合运动控制系统的软硬件平台搭建了开放式控制系统试验装置,验证了开发的螺旋铣孔末端执行器控制系统的可靠性。     

Al/SiC材料螺旋铣孔铣削力实验研究

螺旋铣孔具有铣削力小、加工质量好、加工效率高的优点。Al/SiC是典型难加工材料,铣削过程中铣削力和转矩大。铣削力和转矩大会造成刀具及其工件严重变形,铣削力和转矩在很大程度上也会影响零件表面质量和使用性能。应用螺旋铣孔技术加工Al/SiC材料孔,研究了切削速度和进给率对铣削力和转矩的影响规律。实验结果表明切削速度和进给率对铣削力和转矩有重要影响。铣削力和转矩随切削速度增大先增大后减小。铣削力和转矩随进给率增加而增加。并从切屑几何形状、加工硬化、热软化、材料微观结构方面分析了铣削力随切削参数的变化规律。从铣削力和加工效率方面考虑实际生产中可以增加切削速度,适当降低进给率,为实际生产过程提供指导。     

Ti6Al4V钛合金螺旋制孔粗糙度的仿真与试验研究

基于螺旋铣孔的加工原理,建立了孔壁残留高度的理论计算模型和计算公式,并据此构造了孔壁微观形貌的仿真模型。通过分别对刀具自转速度与公转速度之比为整数和非整数两种情形的形貌仿真与制孔试验,协同研究了切削控制参数影响螺旋铣孔粗糙度的变化规律。形貌仿真结果表明,当自转速度与公转速度之比为整数时,孔壁粗糙度随刀具齿数增大和自转速度提高而减小;随公转转速和公转半径的增大,孔壁粗糙度增大;轴向进给螺距对孔壁粗糙度影响不大。当自转转速与公转转速之比为非整数时,其试验结果分析发现,同一公转半径下,随自转转速、周向每齿进给量、轴向进给螺距增加,孔壁粗糙度都呈增大趋势,其中自转转速、轴向进给螺距都比周向每齿进给量影响显著;不同公转半径之间,公转半径的增加有助自转转速、周向每齿进给量、轴向进给螺距降低孔壁粗糙度。     

通孔式钛合金层强韧化Ti2AlC/TiAl基叠层复合板材

以通孔式结构TC4钛合金箔为增韧层,以TiC-Ti-Al混合粉末为反应体系,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备TC4/Ti2AlC-TiAl基叠层结构复合板材。借助XRD、SEM等分析相组成和组织结构,并测量室温弯曲强度和断裂韧性。结果表明,叠层结构复合板材的力学性能呈各向异性;当Ti2AlC含量(质量分数)为15%时,断裂韧性在加载方向垂直于叠层方向时达到最大值18.81 MPa·m1/2,远高于无Ti2AlC的复合板材的断裂韧性。通孔叠层结构设计以及复合化手段构建了复杂的裂纹扩展路径,且钛合金韧化层可以吸收断裂能,对改善韧性具有重要作用,为金属复合板材研究提供了一种全新的设计思路。     

低刚度约束下复合材料螺旋铣磨制孔

针对复合材料构件空间狭小、加工可达性差、加工精度不足的问题,使用基于微刃切削原理的电镀金刚石磨具,在低刚度约束下螺旋铣磨制孔。通过理论分析磨粒切削长度和实验对比加工效果,发现:相较于普通硬质合金刀具,金刚石磨具的磨削力峰值降低30%,且普遍低于60 N;用金刚石磨具加工的孔边缘几乎无毛边,也不见磨削烧伤。采用微刃切削方法可降低切削力,减少加工毛刺,提高加工精度。      

热处理对累积叠轧Ti/Ni叠层复合材料组织与性能的影响

研究了热处理对累积叠轧多层Ti/Ni复合材料显微组织与力学性能的影响。结果表明,钛层与镍层的再结晶温度均在500 ℃左右,并且首先在界面附近的组织发生静态再结晶形核与晶粒长大现象;经200 ℃×8 h退火处理后,复合板的强度与硬度均达到最高值,此时抗拉强度为691.5 MPa,钛、镍层平均硬度分别为198.8 HV0.1和226.5 HV0.1;经500 ℃×2 h退火后,复合板断后伸长率达到最高值59.7 %。     

退火工艺对2024铝合金性能和化铣表面质量的影响

采用力学性能测试、表面粗糙度检测以及金相观察等方法,研究了退火工艺对2024铝合金力学性能和化铣后表面质量的影响。结果表明:随退火温度的升高和保温时间的延长,2024铝合金板材组织经历回复、再结晶及晶粒长大3个阶段,板材强度先减小后增大,伸长率先增大后减小,化铣后板材表面粗糙度亦先减小后增大。综合得到2024铝合金板材最佳退火制度为380℃保温3 h。     

退火工艺对Ti700钛合金冲击韧性的影响

对Ti700钛合金在不同热处理制度下的冲击韧性进行了研究.结果表明,Ti700钛合金冲击韧性随退火温度升高而发生明显变化,650～850℃处理后试样的冲击韧度为低值区,915℃处理可获得最高值.相变点以下热处理试样的冲击断口为韧性断裂,相变点以上热处理的为准解理的脆性断裂.915℃试样热处理的初生α相体积分数为12%,随着退火温度的降低,初生α相体积分数升高,尺寸增大,Al元素富集于α相中.初生α相界有利于微裂纹的形核,随着初生α相体积分数减少,避免了在初生α相界处孔洞萌生,可有效改进材料的冲击韧性.     

初始状态对Ti600钛合金热变形的影响

在Gleeble-1500热模拟试验机上采用等温压缩试验的方法研究了Ti600合金2种状态下的热塑性变形行为,获得了合金在温度为800～1100℃,变形速率为0.001～10s-1范围内的流变应力数据,并计算了合金2种状态条件下的变形激活能Q。结果表明:不同的初始状态对合金的热变形行为有影响,经过热加工处理后的合金变形激活能比铸态条件下的变形激活能高;合金在2种状态下的变形激活能分别为:在(α+β)相区为475和644kJ·mol-1,在β区为101和239kJ·mol-1。在(α+β)相区动态再结晶是合金的主要软化机制,而在β区软化机制则以动态回复为主。     

挤压对Ti6321钛合金管组织的影响

采用35MN热挤压机挤压出了φ112 mm×12 mm的Ti6321钛合金管材,研究了挤压温度、挤压速度对Ti6321钛合金管材组织的影响。结果表明:挤压对坯料的显微组织有很大的改善作用,有利于组织均匀化。挤压温度影响α晶粒的形状及α相的含量。挤压速度对显微组织没有影响,但影响挤压模具的寿命。     

高温钛合金Ti55/Ti60真空电子束焊接

对 Ti55 与 Ti60 合金薄板进行了电子束焊接,研究了电子束焊接工艺参数对接头组织及力学性能的影响.结果表明,焊缝区形成大量针片状的α' 马氏体,焊缝中心为粗大的柱状晶.焊接工艺参数对焊缝组织和接头抗拉强度有一定影响,接头室温抗拉强度高于母材,600℃时接头抗拉强度与 Ti60 母材相当,抗弯强度达到母材的 80% 左右,冲击韧度能够达到母材的 90% 以上,断裂发生在热影响区处,为韧性断裂.

Abstract：

Ti55 and Ti60 titanium alloy sheets were welded by electron beam, and the influences of parameters on microstmcture and mechanical properties of welding joints were studied. The results show that weld zone is characterized by acicular α' martensite plate,and weld center is formed by coarse columnar crystals. Welding parameters can affect microstructure and tensile strength to a certain extent. At room temperature, the tensile strength of joint is higher than that of base metal. At a higher temperature of 600 ℃, tensile strength of joint is about equal to that of Ti60, and bending strength can be up to 80% of that of base metal, even impact toughness also can be larger than 90% of base metal. Failure occurs in heat-affected zone, and the fracture mode shows toughness characteristic.     

刀具变形对螺旋铣削CFRP孔径精度的影响

为了研究刀具变形对螺旋铣削碳纤维复合材料(CFRP)孔径精度的影响,使用硬质合金铣刀对碳纤维复合材料进行螺旋铣削试验,加工后对孔径进行测量,并对铣刀在螺旋铣削过程中受到的径向力而产生的变形进行分析。试验结果表明:螺旋铣削过程中,孔的轮廓线会呈两端粗中间细的形状。铣刀受到的径向力会导致其产生形变,最大变形量出现在刀尖处。在孔的入口处由于铣刀未进入完全切削状态受到的径向力较小,铣刀刀尖处变形量为10.92μm,孔径偏差为56.4μm;在孔径的中间部位,铣刀完全进入铣削状态,其刀尖处变形量为17.92μm,孔径偏差为279.8μm;在孔的出口处铣刀逐渐铣出CFRP,受到的径向力逐渐减小,其刀尖处变形量为9.946μm,孔径偏差为51.5μm。这表明螺旋铣削制孔过程中,刀具变形是影响孔径精度的重要因素。     

螺旋铣孔末端执行器设计及其运动仿真分析

设计了一种新型可用于机器人制孔系统的螺旋铣孔末端执行器,该末端执行器通过直线调偏方式调偏,并采用双螺母结构消隙,相较于双偏心结构简单直接。详细介绍了该末端执行器抱紧机构设计方案,采用楔形结构抱紧以增大作用面积、提升抱紧效果。并通过对该末端执行器进行运动仿真分析,得出其在工作条件下影响刀尖轨迹包络直径的因素及排列顺序,对包络直径影响的因子按主次排列,其顺序依次是偏心距、自转速度、公转速度。