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高温合金短电弧辅助铣削表面完整性演化研究

机械工程学报 2024年第9期60卷 434-444页

作者：王湃白翌帆赵文祥张毅博刘志兵北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京计算机技术及应用研究所北京100854 北京动力机械研究所北京100074

短电弧铣削加工技术因低加工应力、低成本、高加工效率而被应用在镍基高温合金加工中。针对短电弧辅助精密铣削加工表面完整性演化规律不明的问题,利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDS)等检测手段分析了重铸层的组织特性,开... 详细信息

短电弧铣削加工技术因低加工应力、低成本、高加工效率而被应用在镍基高温合金加工中。针对短电弧辅助精密铣削加工表面完整性演化规律不明的问题,利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDS)等检测手段分析了重铸层的组织特性,开展正交铣削试验研究了精密铣削工艺参数对表面完整性的影响规律以及重铸层导致的铣削表面差异,探究了短电弧辅助精密铣削表面强化机制。结果表明,高温合金晶体在高温下破坏重组导致其组织变化形成重铸层,硬度降低34%,脆性增强;相同参数下短电弧辅助铣削表面表现出更高的粗糙度值(Ra=0.76μm)、更高的表面硬化率(47.8%)与更大的残余拉应力值(沿进给方向(X向)为241.5 MPa,垂直进给方向(Y向)为78 MPa)。加工表面硬化的主要机制是位错强化,通过引入核心平均取向差参数建立的显微硬度预测模型进一步拓展了表面完整性与晶体学特征的关系。

关键词：短电弧重铸层表面完整性显微硬度表面强化

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基于双缝干涉水导激光打孔的仿真研究

光电子．激光 2024年第2期35卷 198-206页

作者：陈云邓明星武汉科技大学汽车与交通工程学院湖北武汉430070

水导激光加工技术具有热效应小、精度高、无刀具损坏等优点,被应用到高精度元件的加工中。为减小激光聚焦光斑直径以利于激光与水射流的精确耦合、提高激光孔的质量,提出了基于双缝干涉原理以减小激光聚焦光斑直径的方法。构建了传统水... 详细信息

水导激光加工技术具有热效应小、精度高、无刀具损坏等优点,被应用到高精度元件的加工中。为减小激光聚焦光斑直径以利于激光与水射流的精确耦合、提高激光孔的质量,提出了基于双缝干涉原理以减小激光聚焦光斑直径的方法。构建了传统水导激光和双缝干涉水导激光打孔的几何模型和数学模型;基于COMSOL分别进行仿真,对比和分析了在激光束参数、加工条件均相同的条件下,传统水导激光和双缝干涉水导激光打孔时对激光孔轮廓的演化、热影响区域分布和重铸层大小的影响。结果表明:与传统水导激光相比,采用双缝干涉水导激光加工技术能有效地减小激光孔直径、锥角、热影响区域宽度和重铸层大小,在现有条件下进一步减小激光聚焦光斑直径。

关键词：水导激光双缝干涉热影响区域重铸层

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FGH96材料电解线切割精整加工试验研究

机械科学与技术 2024年

作者：徐浩冯业飞李元琨韩钊王旭青房晓龙南京航空航天大学机电学院中国航发北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室

提出电火花/电解线切割组合加工方法，以期实现涡轮盘榫槽的高效高质量加工。以粉末高温合金FGH96为对象，试验研究了电解线切割精整加工电参数、进给速度和切深对加工的影响。以完全去除重铸层为目标，兼顾表面质量和加工效率，优选出... 详细信息

提出电火花/电解线切割组合加工方法，以期实现涡轮盘榫槽的高效高质量加工。以粉末高温合金FGH96为对象，试验研究了电解线切割精整加工电参数、进给速度和切深对加工的影响。以完全去除重铸层为目标，兼顾表面质量和加工效率，优选出参数组合：重铸层被完全去除，表面粗糙度Ra从2.24 μm降低到0.87 μm。开展榫槽电火花/电解线切割组合加工可行性试验，40 mm厚零件的平均加工速度达到84.86 mm2/min，加工表面无重铸层；电解线切割精整后榫槽沿高度方向的直线度误差降低了66.9%。

关键词：电解线切割涡轮盘榫槽重铸层表面粗糙度

电火花加工钛合金电参数对重铸层的影响规律研究

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现代制造工程 2024年第6期 111-121页

作者：王泽涵周明宋子雄赵萌徐佩辛方晴北京建筑大学机电与车辆工程学院北京100044 中国航发动力股份有限公司西安710016

电火花加工(Electric Discharge Machining,EDM)后工件表面产生的重铸层(recast layer)严重影响工件的表面完整性和机械性能。重铸层厚度(Recast Layer Thickness,RLT)是电火花加工的一项重要工艺指标,特别是在电火花加工钛合金中更为关... 详细信息

电火花加工(Electric Discharge Machining,EDM)后工件表面产生的重铸层(recast layer)严重影响工件的表面完整性和机械性能。重铸层厚度(Recast Layer Thickness,RLT)是电火花加工的一项重要工艺指标,特别是在电火花加工钛合金中更为关键,重铸层厚度主要受电参数的影响。以钛合金Ti6Al4V为试验对象,首先讨论主要电参数(峰值电流、脉宽、占空比和间隙电压)对重铸层厚度的影响规律;然后基于重铸层对表面粗糙度和材料去除率带来的影响,在考虑重铸层厚度、表面粗糙度和材料去除率等多目标下优化电参数组合;最后,结合不同重铸层厚度的加工要求,总结电参数选择原则。经试验验证,最优电参数组合在满足薄重铸层厚度和低表面粗糙度的同时,材料去除率提升了2.76倍。

关键词：电火花加工钛合金重铸层正交试验灰关联分析法

短电弧-电化学复合加工单次放电凹坑形成影响研究

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热加工工艺 2024年

作者：王家豪胡国玉周建平张晟晟付斐新疆大学机械工程学院

放电加工中凹坑形成的大小影响加工表面形貌的一致性，加工表面的重铸层影响加工表面质量。基于短电弧-电化学复合加工（SEACM）方法，在两种SEACM常用电源形式下对钛合金TC4进行单次放电实验，研究了不同电参数和不同浓度NaCl溶液对凹... 详细信息

放电加工中凹坑形成的大小影响加工表面形貌的一致性，加工表面的重铸层影响加工表面质量。基于短电弧-电化学复合加工（SEACM）方法，在两种SEACM常用电源形式下对钛合金TC4进行单次放电实验，研究了不同电参数和不同浓度NaCl溶液对凹坑直径、深度、凸起高度的影响，并通过仿真模拟凹坑形成与电化学溶解。结果表明，脉冲电源形式下凹坑直径与深度随着电压与脉宽的增加而增加，凸起高度先增大后减小；直流电源下凹坑直径与凸起高度变化与脉冲电源下一致，但凹坑的深度随电压增大呈现先增大后减小趋势；当NaCl溶液浓度提升时，凹坑逐渐减小，凹坑外沿的重铸层去除率最高，在10%加工浓度下为19.9%。

关键词：短电弧-电化学复合加工钛合金TC4 单次放电凹坑形成重铸层

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基于曲面响应法的短电弧磨削蜂窝环工艺研究

机床与液压 2024年第12期52卷 52-58页

作者：汪兵兵王子健丁胜威周建平昌吉学院航空学院新疆昌吉831100 新疆大学智能制造现代产业学院新疆乌鲁木齐830017

蜂窝密封结构是当代航空发动机的先进高效密封结构,传统加工难以满足加工质量的要求,需要采用短电弧加工技术加工此类零部件。为获得最优的加工参数,以重铸层厚度和微观形貌为指标,分析电流及电压波形、表面能谱、工件表面和截面形貌,... 详细信息

蜂窝密封结构是当代航空发动机的先进高效密封结构,传统加工难以满足加工质量的要求,需要采用短电弧加工技术加工此类零部件。为获得最优的加工参数,以重铸层厚度和微观形貌为指标,分析电流及电压波形、表面能谱、工件表面和截面形貌,并进行响应曲面分析。结果表明:对重铸层厚度和加工时间影响的显著性为:进给速度>工件转速>电极转速,重铸层厚度随进给速度增加而增加,随工件和电极转速增加而减小,且表面质量有相同的趋势。多目标优化获得最佳参数为:工件转速5.863 r/min,电极转速287.114 r/min,进给速度0.087 mm/min。因此,适当降低进给速度,提高工件和电极转速,可减少微裂纹、冲蚀凹坑和熔滴颗粒等现象,提高工件表面质量,降低重铸层厚度。

关键词：短电弧磨削重铸层表面质量参数优化

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厚板高功率激光切割重铸层微观组织研究

中国激光 2023年第4期50卷 148-156页

作者：马修泉王力波朱政武王春明米高阳华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074 华中科技大学材料科学与工程学院湖北武汉430074

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征,基于扫描电镜和电子背散射衍射仪,分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明:重铸层表面的Fe元素少量蒸发,从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变,厚度逐渐增大,... 详细信息

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征,基于扫描电镜和电子背散射衍射仪,分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明:重铸层表面的Fe元素少量蒸发,从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变,厚度逐渐增大,组织呈现为分层的针状晶形态;对于晶体取向,切缝顶部晶粒的外延生长比例低于底部,前者生长方向的随机分布由熔体紊流引起,后者的外延生长由熔体层流引起;母材中的γ相为等轴晶形态,δ相呈带状分布;重铸层中γ相的晶粒形态不规则,粗化至母材的2倍左右,而δ相则弥散分布,细化至母材中δ相尺寸的1/6~1/2;组织转变的原因是激光切割过程中极大的温度梯度大幅缩短了δ相形成温度的持续时间,同时,熔体扰动促使δ相弥散分布。

关键词：激光技术激光切割 316L不锈钢重铸层外延生长晶体取向

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激光打孔孔壁重铸层的电解去除工艺研究

西安交通大学学报 2018年第10期52卷 64-71页

作者：刘雪松段文强王恪典董霞梅雪松西安交通大学陕西省智能机器人重点实验室西安710049 西安交通大学机械制造与系统工程国家重点实验室西安710049 西安交通大学机械工程学院西安710049

针对激光加工微小孔存在重铸层和微裂纹的问题,利用电解后处理进行去除。研制了激光-电解复合加工实验系统,并在GH4169镍基高温合金上进行了电解去除激光打孔孔壁重铸层的工艺研究,主要分析了电解电流、NaNO3溶液浓度和脉冲电解参数对... 详细信息

针对激光加工微小孔存在重铸层和微裂纹的问题,利用电解后处理进行去除。研制了激光-电解复合加工实验系统,并在GH4169镍基高温合金上进行了电解去除激光打孔孔壁重铸层的工艺研究,主要分析了电解电流、NaNO3溶液浓度和脉冲电解参数对电解速率和重铸层去除效果的影响。实验结果表明:当电流密度大于13.8A/cm2时,电解速率与电流成正比例关系;恒流电解时,NaNO3溶液浓度对电解速率无影响,故可根据电流和电压确定其浓度;脉冲电解加工中低频宽脉冲、高频窄脉冲有利于电解速率的提高,且频率为1kHz,占空比为40%～60%的电解速率最大,这是由于脉冲电解加工中产生氢气压力波,对加工间隙的电解液起到了良好的搅拌作用,提高了电流效率,电解速率随之增大。通过合适的电解加工参数,实现了激光制孔孔壁重铸层的完全去除。

关键词：激光打孔重铸层电解加工工艺参数

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毫秒激光加工小孔与重铸层的后处理工艺

西安交通大学学报 2011年第7期45卷 45-49页

作者：王恪典段文强梅雪松王文君赵书兴西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

利用钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)毫秒激光器以正交实验法在1Cr13不锈钢材料上进行加工实验,得出在现有条件下具有最小重铸层微小孔的脉冲激光优化参数(如脉宽、峰值功率、频率、离焦量).采用一种化学酸溶液对按此优化参数加工出来的微小孔... 详细信息

利用钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)毫秒激光器以正交实验法在1Cr13不锈钢材料上进行加工实验,得出在现有条件下具有最小重铸层微小孔的脉冲激光优化参数(如脉宽、峰值功率、频率、离焦量).采用一种化学酸溶液对按此优化参数加工出来的微小孔进行腐蚀,发现腐蚀后孔壁上激光加工形成的重铸层已被完全去除,表明由脉冲激光优化参数加工出的微小孔能够很好地配合化学酸溶液的腐蚀.该复合加工方法具有成本低、效率高、操作简单的特点,不仅解决了高能束热源在金属上加工微小孔时常有重铸层及微裂纹缺陷的问题,而且得到了孔壁光滑、轮廓清晰的高质量微小孔.

关键词： Nd:YAG毫秒激光器重铸层正交实验法化学腐蚀