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作者：贾永康西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着航空航天事业的快速发展以及大量民用飞机的研发,航空航天紧固件工业受到了空前的重视,航空航天紧固件作为连接航空航天产品各个零部件的重要零件,在航空航天产品中得到了广泛的应用。航空航天产品对紧固件加工质量、加工精度等方... 详细信息

随着航空航天事业的快速发展以及大量民用飞机的研发,航空航天紧固件工业受到了空前的重视,航空航天紧固件作为连接航空航天产品各个零部件的重要零件,在航空航天产品中得到了广泛的应用。航空航天产品对紧固件加工质量、加工精度等方面有着极高的要求,紧固件的加工制造多选用钛合金材料,钛合金材料的加工工艺流程较复杂、难加工,因此,为保障零部件之间连接的质量和安全,提高钛合金材料的加工质量和加工精度则显得尤为重要。本文以航空航天紧固件成型前的钛合金胚料为试验对象,其表面带有一定厚度的氧化皮和初始表面缺陷,而最终成型的紧固件疲劳性能及其使用安全性多取决于零部件的表面质量,而钛合金棒材表面形成的氧化皮和初始表面缺陷极大地影响了其表面质量,不能直接投入使用,故采用了一种新型、环保的车床—无心车床来去除钛合金胚料的表面氧化皮,提高表面质量。结合实际加工要求和试验条件,本文选取表面完整性的基本表征参数:表面粗糙度、表面硬度、尺寸误差,作为表面完整性的分析指标;本文研究围绕钛合金棒材的加工工艺展开,分析车削工艺参数(主轴转速、进给速度、切削深度)对表面粗糙度、表面硬度、尺寸误差的影响规律,进而可以利用影响规律,对工艺参数进行逆向设计,得出可行工艺参数域,提高表面完整性,从而满足加工要求。同时建立表面粗糙度、尺寸误差的预测模型,可应用于零件加工质量和加工精度的预测,为加工工艺参数的合理选择提供指导。本文着重讨论了在去除钛合金棒材表面氧化皮时,车削工艺参数对表面完整性的影响,并利用多元非线性回归法,建立了钛合金粗切削加工之后的表面完整性预测模型。同时将钛合金棒材的初始表面形貌缺陷作为了影响表面完整性的因素之一,选取了不同初始表面形貌缺陷的钛合金棒材(经精锻和轧制工序后产生的初始表面形貌缺陷)进行试验,讨论不同初始表面形貌缺陷对表面完整性的变化规律是否会产生的影响,最后根据表面完整性的变化规律和实际中的加工要求,确定合适的工艺参数,以满足加工要求。论文的主要工作和和将要得到成果如下:(1)在车削加工去除钛合金棒材表面氧化皮时,考虑到钛合金棒材表面初始形貌缺陷的不同,对比分析了不同初始表面形貌缺陷的钛合金棒材在车削加工后,同一车削工艺参数对其表面完整性的影响规律是否一致。根据单因素分析法中的完全随机设计原理设计车削工艺试验,通过敏感度分析和对比分析,讨论钛合金棒材不同初始表面形貌缺陷与表面完整性变化规律之间的关系,针对不同的初始表面形貌缺陷的钛合金棒材,给出不同的工艺参数选择范围,获取满足加工要求的表面完整性。(2)确定车削加工去除钛合金棒材表面氧化皮时,车削加工工艺参数对表面完整性表征参数的影响次序。通过大量的切削试验以及表面完整性测试试验,基于多元非线性回归分析,建立车削加工工艺参数与表面完整性表征参数之间的映射关系y=f(q);通过显著性分析,获取影响因素对表面完整性表征参数的影响次序[X ,X .,..X .,..],可通过控制主要影响因素的变化来调整表面完整性的变化。(3)表面完整性多因素耦合作用机理模型的建立与验证。采用多元非线性回归的方法建立表面完整性预测模型,同时将预测值与试验数据相结合、对比验证的方法,验证多因素耦合作用机理模型Y(28)F(Q)的准确性。(4)确定车削加去除钛合金棒材表面氧化皮后,其表面完整性的可行参数域。根据表面完整性的加工要求,设定加工工艺要求中的表面完整性上限,通过等值线图确定车削工艺参数的可行参数域:[Q～Q]、[P～P]、[M～M],并进行可行参数域的试验验证,验证其有效性和可行性,为满足加工后的表面完整性设计要求,提供更多车削工艺参数组合的选组。

关键词：无心车床钛合金初始表面形貌缺陷车削工艺参数可行工艺参数域表面完整性

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车削去除线材表面缺陷多目标优化研究

车削去除线材表面缺陷多目标优化研究

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作者：刘亚雄西安建筑科技大学

学位级别：硕士

高温合金线材盘圆是航空紧固件制造的重要原材料,其具有直径小长度大的特点,在经过熔炼、锻造、轧制、拉丝减径等工艺后常会出现裂纹和折叠等表面缺陷,放置一段时间后还会产生表面黑皮缺陷,同时也可能会存在椭圆度大和尺寸均匀性差的问... 详细信息

高温合金线材盘圆是航空紧固件制造的重要原材料,其具有直径小长度大的特点,在经过熔炼、锻造、轧制、拉丝减径等工艺后常会出现裂纹和折叠等表面缺陷,放置一段时间后还会产生表面黑皮缺陷,同时也可能会存在椭圆度大和尺寸均匀性差的问题。传统工艺对表面缺陷的处理多采用磨削加工和化学酸洗的方式,采用磨削加工高温合金极易造成工件表面烧伤,而化学酸洗工艺在去除表面黑皮的同时往往会造成工件表面破坏侵蚀,产生麻点等新缺陷,致使线材表面粗糙度难以控制,同时磨削加工和化学酸洗工艺对环境污染较大,不利于绿色制造的推动。本文采用无心车床对含有表面缺陷的高温合金线材盘圆进行表面车削的新工艺,通过多目标优化方法改善表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度。本文主要研究表面缺陷线材车削表面完整性及加工精度多目标优化。以无心车床车削去除GH2132线材盘圆表面缺陷的新工艺为研究核心,分析不同表面缺陷类型和不同表面缺陷厚度对车削去除线材表面缺陷的影响,同时对比不同表面缺陷类型和不同表面缺陷厚度情况下工艺参数对工件表面完整性和加工精度的影响,进一步分析表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度的形成原因。最后对车削去除表面缺陷后的线材表面完整性和加工精度进行预测和优化,得到单目标优化可行工艺参数域及最优工艺参数组和多目标优化可行工艺参数域及最优工艺参数组。论文的主要工作内容如下:(1)介绍无心车床车削去除线材表面缺陷的基本原理,设计单因素试验分析不同表面缺陷类型和不同表面缺陷厚度下线材的车削表面完整性和加工精度。可以得到不同表面缺陷类型和不同表面缺陷厚度不影响车削去除表面缺陷后的线材表面粗糙度、表面显微硬度和尺寸误差整体趋势,但车削表面完整性和加工精度参数所处区间发生变化。通过对表面缺陷线材进行车削表面残余应力检测,可以得到轴向为残余压应力,周向为较小的残余拉应力,以及表面残余应力分布范围。(2)确定无心车床工艺参数对表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度的影响趋势,并分析其形成原因。可以发现当主轴转速从380 r/min增大时,无心车床加工线材会产生切削颤振,低进给速度切削时刀具表面容易产生积屑瘤,这均会导致线材表面完整性和加工精度变差。分别构建表面粗糙度、表面显微硬度和尺寸误差的回归模型,可以得到在工艺参数显著区间上进给速度对表面粗糙度和尺寸误差的影响效果大于主轴转速,进给速度对表面显微硬度的影响效果小于主轴转速。还可以得到无心车床车削去除线材表面缺陷的最小表面粗糙度工艺参数组、最大表面显微硬度工艺参数组和最小尺寸误差工艺参数组。(3)确定无心车床车削去除表面缺陷后的线材表面粗糙度、表面显微硬度和尺寸误差多目标优化工艺参数组,分析无心车床工艺参数对多目标优化的影响。采用层次分析方法可以得到多目标优化中表面粗糙度权重为0.6,尺寸误差权重为0.27,表面显微硬度权重为0.13,利用灰色关联分析理论得到主轴转速对多目标响应的影响大于进给速度。采用响应曲面法与灰色关联度结合的方法,构建表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度多目标优化灰色关联度值响应曲面模型,基于此得到多目标优化最优工艺参数组。根据工程实际要求,确定表面缺陷线材车削表面完整性和加工精度多目标优化灰色关联度值最低评价指标GRG为0.59,基于此得到车削去除线材表面缺陷多目标优化可行工艺参数域。

关键词：表面缺陷线材无心车床高温合金灰色关联度可行工艺参数域

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车削去除钛合金棒材表面氧化皮工艺参数试验研究

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表面技术 2021年第5期50卷 372-379页

作者：史丽晨贾永康张军锋西安建筑科技大学西安710055

目的通过车削去除表面氧化皮,分析车削工艺参数对表面粗糙度的影响规律,确定可行工艺参数组合,使车削去除钛合金棒材表面氧化皮的同时,获得较低的表面粗糙度。方法基于响应曲面法中心复合设计,采用YG8硬质合金车刀,对表面带有氧化皮的TC... 详细信息

目的通过车削去除表面氧化皮,分析车削工艺参数对表面粗糙度的影响规律,确定可行工艺参数组合,使车削去除钛合金棒材表面氧化皮的同时,获得较低的表面粗糙度。方法基于响应曲面法中心复合设计,采用YG8硬质合金车刀,对表面带有氧化皮的TC4钛合金棒材进行车削试验,建立表面粗糙度预测模型,并进行显著性分析,验证模型的准确性。分析车削工艺参数(包括主轴转速n、进给速度v及切削深度a_p)对表面粗糙度的影响规律。对比在处理氧化皮厚度不同的TC4钛合金棒材时,工艺参数对表面粗糙度的影响。结果表面粗糙度预测模型的误差在1.66%~3.33%,模型准确度较高。主轴转速n、进给速度v及切削深度a_p的显著度均小于0.05。在工艺参数交互作用中,v-a_p对表面粗糙度的显著度P工艺参数对表面粗糙度的影响规律,确定了可行车削工艺参数域和可行车削工艺参数组合。结论建立的表面粗糙度预测模型准确度较高,可作为表面粗糙度的预测模型。去除表面氧化皮的车削工艺参数对工艺指标表面粗糙度的影响次序为a_p>v>n,在工艺参数交互作用中,v-a_p的交互作用对表面粗糙度影响更大。车削工艺参数对表面粗糙度的影响趋势不受表面氧化皮厚度的影响。无心车床在可行车削工艺参数组合的工作条件下,通过车削方式可在完全去除钛合金棒材表面氧化皮的同时,获得较低的表面粗糙度。

关键词：钛合金表面粗糙度表面氧化皮车削工艺参数可行工艺参数域

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基于灰色关联分析的GH2132线材高精度切削参数优化

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表面技术 2022年第11期51卷 373-384页

作者：史丽晨刘亚雄史炜椿卢竹青豆卫涛西安建筑科技大学西安710055 西部超导材料科技股份有限公司西安710018 西安航空职业技术学院西安710089

目的通过无心车床车削去除GH2132线材的表面缺陷,分析无心车床加工参数对线材表面粗糙度、尺寸误差和表面显微硬度的响应关系,并建立GH2132线材表面灰色关联度多目标优化模型,确定可行工艺参数域。方法采用响应曲面中心复合设计,测量车... 详细信息

目的通过无心车床车削去除GH2132线材的表面缺陷,分析无心车床加工参数对线材表面粗糙度、尺寸误差和表面显微硬度的响应关系,并建立GH2132线材表面灰色关联度多目标优化模型,确定可行工艺参数域。方法采用响应曲面中心复合设计,测量车削后GH2132线材的表面粗糙度、尺寸误差和表面显微硬度;利用响应曲面法(Response Surface Method,RSM)分别建立表面粗糙度、尺寸误差和表面显微硬度的单目标预测模型,确定单目标优化最优工艺参数组;基于灰色关联分析(Grey Correlation Analysis,GRA)理论,以表面粗糙度、尺寸误差和表面显微硬度为优化指标进行降维处理,构建车削工艺参数与灰色关联度的二阶回归预测模型;绘制车削工艺参数与灰色关联度值的等值线图,确定可行工艺参数域。结果对建立的表面粗糙度、尺寸误差和表面显微硬度的单目标预测模型进行方差分析,显著度均小于0.0001。得到了最小表面粗糙度工艺参数组,切削速度n=373.919 r/min,进给速度v_(f)=0.475 m/min。得到了最小尺寸误差工艺参数组,n=375.636 r/min,v_(f)=0.596 m/min。得到了最大表面显微硬度工艺参数组,n=337 r/min,v_(f)=0.903 m/min。对于灰色关联度多目标预测模型,误差范围为0.13%~9.4%,确定的可行工艺参数域对应的最小灰色关联度值为0.54437。结论基于灰色关联分析的多目标预测模型的准确度较高,主轴转速n对多目标的响应程度大于进给速度v_(f)。通过确定可行工艺参数域,为GH2132线材去除表面缺陷提供工程参考。

关键词：表面缺陷多目标优化无心车床灰色关联度可行工艺参数域

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