Ti6Al4V钛合金脉冲激光抛光微裂纹产生机理与尺寸特征研究

为研究脉冲激光抛光过程中微裂纹产生机理及抛光主要参数对微裂纹尺寸特征的影响规律,建立了脉冲激光抛光温度场与应力场的有限元计算模型。在有限元模型建立过程中,采用温度场与应力场的顺序耦合方式,考虑了相变潜热和随温度显著变化的材料参数,得到了温度场与应力场在时间上和空间上的变化规律。通过温度场、应力场以及Ti6Al4V钛合金的凝固过程分析,揭示了Ti6Al4V钛合金激光抛光过程中微裂纹产生机理与尺寸特征规律。通过脉冲激光抛光实验验证有限元计算模型的有效性,结果表明:Ti6Al4V钛合金激光抛光微裂纹产生于Ti6Al4V钛合金的凝固时刻,微裂纹的宽度决定于Ti6Al4V钛合金凝固时刻热应力引起的塑性变形,微裂纹的深度决定于Ti6Al4V钛合金激光抛光熔池深度;激光功率是微裂纹尺寸特征的主要影响因素,激光功率增大时微裂纹宽度及深度均显著增大;在脉冲激光抛光中可通过外加预热的方式减缓熔融态金属的冷却速度,以减小抛光后的表面裂纹,有效减小微裂纹尺寸特征。     

Ti6A14V 高效切削加工中绝热剪切带内微观组织演变及其形成机制

为了给钛合金的切削加工工艺制定提供参考,对Ti6A14V高效切削加工中绝热剪切带内微观组织演变及其形成机制进行研究。将Ti6Al4V看作切削材料,在不同情况下完成切削,选择有代表性的切屑当成制作金相的样本,给出切削实验工艺参数。选用蔡司金相显微镜对金相组织进行观察,通过Digimizer对锯齿金相的齿距、自由表面、带倾角和带宽进行测量,以体现锯齿化程度。针对金相样本,通过绝热剪切带内微观组织演变方法研究了切削速度和刀具前角对切屑的影响,以及进给速度对锯齿成形的影响,分析了Ti6Al4V切削形成机制。结果表明,在切削速度与进给速度逐渐增加,刀具前角从正值变化至负值的情况下,Ti6Al4V切削锯齿化程度增强;在切削速度、进给速度增加,刀具前角降低的情况下,绝热剪切程度增强;Ti6Al4V切削形成符合热（粘）塑性失稳机制。     

Ti6Al4V钛合金在粘着作用影响下微动磨损的微裂特征

采用SRV微动磨损试验机进行Ti6Al4V钛合金与摩擦副GCr15钢的微动磨损试验,通过分析摩擦系数曲线和截面形貌,探讨了Ti6Al4V钛合金在粘着作用影响下微裂纹的成核与扩展,并探讨了微动磨损的主要磨损机理.结果表明:Ti6Al4V钛合金的截面形貌中发现摩擦转化层(tribologically transformed structure,TTS),微裂纹在TTS中形成,裂纹中的疲劳剥落碎片有助于裂纹的开裂,微动磨损机理主要以疲劳脱层为主.     

喷砂酸蚀对Ti及Ti6Al4V表面形貌及成骨细胞的影响

目的:探讨喷砂酸蚀(SLA)对Ti及Ti6Al4V表面形貌以及成骨细胞增殖和生物活性的影响,为钛及钛合金表面改性处理的研究提供参考.方法:将样品分为Ti(对照组)、Ti(SLA组)、Ti6Al4V(对照组)、Ti6Al4V(SLA组)4组,对照组进行打磨抛光处理,SLA组进行打磨抛光和SLA处理,扫描电子显微镜(SEM)和3D激光共聚焦扫描电镜观察各组样品的表面形貌与粗糙度;ICP电感耦合等离子发射光谱仪检测置于模拟体液(SBF)中的Ti及Ti6Al4V元素析出情况;将成骨细胞接种于各组样品表面,通过SEM观察成骨细胞的伸展状态;MTT实验和AKP实验检测成骨细胞的增殖和分化水平.结果:SLA后的Ti及Ti6Al4V表面形成微米级多孔粗糙结构;Ti及Ti6Al4V置于模拟体液中均有元素Ti析出,Ti6Al4V析出了少量Al和V元素;SLA组细胞增殖量和⊿A值均高于对照组,SLA后的Ti6Al4V组细胞增殖量和⊿A值高于Ti组,均有统计学差异(P0.01).结论:SLA可改善Ti及Ti6Al4V表面形貌形成微米级多孔粗糙结构,从而提高Ti及Ti6Al4V表面成骨细胞的增殖和分化水平,且SLA后的Ti6Al4V更有利于成骨细胞的增殖和分化.     

钛合金Ti6Al4V铣削加工中切削力的三维数值模拟

结合航空钛合金立铣加工的实际情况,提出了主、副切削刃同时进行切削的螺旋齿双刃切削有限元模型,进而利用该模型对航空钛合金Ti6A l4V进行了铣削加工切削力的三维数值模拟研究,得到了铣削过程中切削力的变化曲线和数值,揭示了铣削过程一个周期内切削力的变化规律.通过铣削力实验测得了相同切削条件下的切削力,实验结果与有限元模拟结果较为一致,证明所建立的有限元模型是正确的,可用于预报铣削力值.切削力三维数值模拟的研究为钛合金这种难加工材料切削加工工艺参数优化、刀具的合理选择及其优化设计奠定了基础,同时也为进一步有效控制钛合金航空薄壁零件因切削力作用引起的加工变形提供了新的研究手段.     

钛合金Ti6AL4V铣削加工的稳定性

针对钛合金工艺性能差的问题,以钛合金Ti6AL4V为研究对象,通过模态实验和铣削力实验,分别测得特定刀具和工件系统的模态参数和铣削力系数。利用在不同切削参数下测得的切削力,应用完全平均和峰值平均两种算法,计算模型的切削力系数。以铣削动力学模型分析为基础,建立颤振稳定性边界曲线,获取无颤振高性能加工工艺参数。该研究可以为航空发动机叶轮叶片铣削加工工艺的优化,提供完善的理论依据。     

人工滑液成分对UHMWPE人工关节材料的生物摩擦学性能的影响

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,研究了不同成分人工滑液润滑的实验条件下UH-MWPE/Ti6Al4关节材料的生物摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,不同成分人工滑液润滑条件下的UHMWPE/Ti6Al4摩擦副的摩擦系数以及UHMWPE试样的体积磨损量有明显差异:去离子水润滑性很差,因其润滑的UHMWPE/Ti6Al4V摩擦副的摩擦系数以及UHMWPE试样的体积磨损量都最大;Hank's液的减磨性虽然较好,但是润滑性很差;小牛血清去离子水溶液的浓度在20%～40%(V/V)时,UHMWPE/Ti6Al4V摩擦副的摩擦系数以及UHMWPE试样的体积磨损量都很小.     

医用钛合金Ti-6Al-4V切削参数优化试验研究

以医用钛合金Ti-6Al-4V车削加工性为研究目的,以提高切削刀具的耐用度作为研究目标,在分析医用钛合金Ti6Al-4V材料特性的基础上,从刀具材料、刀具几何参数、切削用量等方面进行了试验研究,实现了切削刀具的合理选用及切削用量的优化选择,为实现切削参数的在线优化奠定基础.     

强化冷却下正交切削Ti6Al4V合金的有限元分析

为正确分析切削介质的强化冷却对金属切削过程的影响，应用通用商业有限元软件Deform-2D，对航空用钛合金Ti6Al4V进行了强化冷却条件下的正交切削有限元模拟．通过几何建模、网格划分、边界条件的设定以及材料本构模型的选取等，模拟了Ti6Al4V合金锯齿状切屑的形成过程；文中还分析和探讨了不同强化冷却条件下的切屑形成、切削力以及切削温度的变化．结果表明：随着换热系数的增大，刀具前刀面的平均温度逐渐减小，而换热系数的高低对切削力及前刀面最高切削温度的变化无显著影响．     

基于局部摩擦因数模型的切削力预测建模

基于局部摩擦因数模型分别建立前刀面摩擦区、切削刃钝圆区、后刀面摩擦区的受力预测模型,进而获得切削力预测值.以钨钼系高速钢（W6Mo5Cr4V2Al）刀具和20Cr2Ni4合金钢为研究对象建立直角切削实验,通过三向测力仪测量直角切削主切削力和切深抗力,并与预测切削力进行对比,数值基本吻合.分析了切削参数以及刀具前角对切削力大小的影响规律.结果表明切削力随切削速度和刀具前角的增加有减小的趋势,随着切削深度的增加明显增大.      

金属振动切削的数值模拟研究

针对材料高速切削过程提出基于耦合欧拉-拉格朗日表述的有限元模型.该模型在消除网格畸变、无需网格再划分和应用分离准则的条件下,由材料塑性流动控制切削过程中切屑材料的分离行为,突破了拉格朗日方法中预设切屑材料沿直线轨迹分离的局限性.研究表明,该模型可用于材料振动切削过程的数值模拟研究.本文主要针对该过程中切削力、加工表面完整性、切屑形貌及其转变等行为进行模拟研究.     

球头铣刀加工钛合金零件的铣削力特性

在钛合金的铣削加工过程中,切削力特性将对零件的最终加工质量有重要的影响.对用球头铣刀铣削钛合金工件的切削力特性进行研究.首先建立了用球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的切削力数学模型,并通过编写程序求解得出了瞬时切削力及其变化规律;其次建立了球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的有限元仿真分析模型,获得了铣削过程中铣削区域的应力场、温度场等;最后设计并完成了切削力测试实验,将得到的实验数据进行了正交分析.结果表明切削参数对平均铣削力影响程度大小的顺序为:轴向切深、每齿进给量、径向切深和主轴转速.     

一种基于利润率模型的刀具综合评价与筛选方法

提出了兼顾各刀具在加工同一材料时匹配各自的最佳加工参数的单元利润率模型的刀具综合评价和筛选方法,并将该方法应用到了难加工材料钛合金Ti-1023的切削刀具的评价与筛选中,取得了理想的筛选结果. 具体方法是:首先通过切削力等约束条件,实验确定样本刀具铣削钛合金Ti-1023时相匹配的最佳进给量、切削深度和切削宽度等切削参数,其次通过变速法实验确定最佳切削速度,进而得到各刀具耐用度和材料切除率,最后计算出利润率值并进行刀具的评价和筛选. 运用该方法在切削钛合金Ti-1023的4种刀具中筛选出最适合的S30刀具,也得到了各刀具在切削Ti-1023材料时匹配最佳的铣削参数.      

TC4钛合金铣削性能分析及多目标参数优化

如何更好对钛合金材料进行切削加工,以及在保证高切削加工效率,高精度与低切削力的基础上,如何对加工参数进行合理选取一直是钛合金切削加工领域中的一大研究热点。为了探究TC4钛合金的铣削性能与铣削参数优化问题,设计了正交铣削试验方案,分析了铣削参数即背吃刀量,侧吃刀量,主轴转速,进给速度对其铣削力与铣削后表面粗糙度的影响规律。将铣削力,表面粗糙度与材料去除率作为优化目标,建立了多目标优化模型,在Pareto算法的基础上,采用了一种简捷的方法对模型进行求解,并通过试验验证了该方法的可行性。结果显示,对铣削力的影响程度中,背吃刀量影响最大,随后是侧吃刀量与主轴转速,进给速度影响程度最小;对表面粗糙度的影响程度中,进给速度影响最大,其次是侧吃刀量与背吃刀量,主轴转速影响程度最小;Pareto算法所得的参数组通过试验验证,与正交试验组相比,各项指标数值均在较优位置。     

钛合金风扇叶片的数控加工工艺及模拟仿真

为解决钛合金材料加工较困难、工艺上选择数控加工参数难等问题,通过大量试验总结,优选数控加工参数,优化数控编程技术、刀具材料和参数,采用小切削量和高速球铣刀的数控加工方法,最后运用计算机辅助软件进行模拟仿真,其结果达到了零件的加工工艺要求。解决该难题的关键所在是:钛合金材料的特性、曲面造型方法、数控加工工艺、铣削方式等。     

薄壁零件铣削三维颤振稳定性建模与分析

以低刚度薄壁零件为研究对象,基于加工原理建立精确的铣削过程薄壁零件三维动力学模型,并在此基础上采用全离散解析法对颤振稳定域叶瓣图进行仿真分析及实验验证.结果表明:薄壁零件铣削加工系统的动态特性决定其动力学模型,铣削加工过程主轴转速与颤振临界轴向切削深度之间存在非线性关系,主轴转速对颤振稳定性影响较明显.当系统模态质量、阻尼比及固有频率增大时,颤振稳定性相应加强,同时叶瓣图形状分布随之改变.该理论模型对薄壁零件铣削加工过程切削参数的合理选择,表面加工质量和加工效率的提高具有一定指导意义.     

硬质合金刀具和涂层刀具车削加工Ti-6A1-4V的性能研究

采用硬质合金刀具和硬质合金涂层刀具在低速和高速两种切削状态下进行Ti-6Al-4V的车削对比试验,通过对两种刀具的刀具寿命和刀具的磨损形貌进行观察分析,研究硬质合金刀具和涂层刀具在不同切削状态下的切削性能。     

硬质合金刀具和涂层刀具车削加工Ti-6Al—4V的性能研究

采用硬质合金刀具和硬质合金涂层刀具在低速和高速两种切削状态下进行Ti-6Al—4V的车削对比试验,通过对两种刀具的刀具寿命和刀具的磨损形貌进行观察分析,研究硬质合金刀具和涂层刀具在不同切削状态下的切削性能。