以大曲率半径TC4钛合金板材零件为研究对象,依照响应面法设计实验,对零件进行冲击液压成形回弹实验研究,制定了用于描述大曲率半径零件回弹的评价指标,获得不同工艺参数下TC4钛合金板材的回弹量。研究了气压、压边力以及不同曲率半径模具对TC4钛合金板材冲击液压成形回弹量的影响规律,并建立了回弹量的响应模型,得到了最佳工艺参数组合。结果表明,相比于准静态成形,冲击液压成形能够显著减小钛合金板材零件的回弹量。同时发现,回弹量随着气压和模具曲率半径的增加而减小,压边力对回弹量的影响不明显。当气压超过一定值时出现负回弹,而且模具的曲率半径越大,负回弹的绝对值越大,压边力越大,负回弹的绝对值越小。

钛合金高速铣削因其高效率、高质量、小变形等优点,广泛应用于航空、航天、船舶、军工制造等行业。针对难加工材料TC4(Ti-6Al-4V)的高速铣削加工技术,开展了铣削深度、铣削宽度、每齿进给量、主轴转速的四因素三水平正交试验,分析各铣削参数对铣削力的影响。实验过程中将铣削力分解为切向铣削力、径向铣削力和轴向铣削力,采用多元线性回归分析法,建立了各向铣削力模型,并进行了显著性检验。为验证模型的准确性,设计了新的加工实验进行验证。实验结果表明:该模型准确度高,能够预测铣削过程中的各向铣削力。

利用单因素试验方法,采用镶齿硬质合金涂层方肩铣刀进行钛合金高速铣削试验,研究每齿进给量、铣削宽度、铣削深度、铣削速度对于铣削力的影响。通过对铣削力进行分析,建立方肩铣刀高速铣削的铣削力模型,并采用MATLAB遗传算法以进给方向铣削力Fy最小为目标,对铣削参数进行了优化并给出了最优解集。实验结果表明,使用优化后的参数加工薄壁件可有效减小切削力。

以TC4钛合金螺栓搓丝成型过程为研究对象,利用ABAQUS有限元软件进行仿真分析,得到切向速度、径向进给速度和摩擦因数对螺纹成型质量的影响规律。结果表明:搓丝板切向速度和摩擦因数对螺纹成型质量有显著影响,而径向进给速度对螺纹成型质量影响很小;切向速度低于300 mm/s时螺纹成型质量较好,高于300 mm/s时成型质量较差;随着摩擦因数的增大,螺纹成型质量先变好后变差。通过对比分析,确定TC4钛合金最优的螺纹搓丝成型参数为切向速度300 mm/s、摩擦因数0.3~0.4。所得出的结论可为企业TC4钛合金螺纹搓丝成型工艺参数的选择提供参考。

为研究不同铣削参数下TC4钛合金铣削区域最高温度的变化,搭建TC4钛合金的铣削温度测试系统。使用红外热像仪实时采集刀具与工件接触区域的铣削温度,得到不同铣削参数下测温区域铣削温度的时间历程曲线;分析不同铣削参数下最高温度的变化特征。基于试验数据,在Design-Expert软件中进行以铣削参数为影响因素、以最高温度为响应值的响应面优化法试验,建立最高温度关于铣削参数的三元二次多项式回归模型。结果表明:随着铣削参数的增大,最高铣削温度总体呈上升趋势;所建立的铣削温度特征值回归模型是显著的,可以较好地预测最高铣削温度;通过对最高温度进行数值优化,可得到铣削温度特征值最低时的最佳铣削参数。

为研究加工参数对超声辅助滚压强化TC4钛合金表面完整性的影响规律,设计基于主轴转速、进给速度、静压力和加工次数的4×4正交试验,对试样表面显微形貌、残余应力、硬度和粗糙度进行观测分析。结果表明:表面残余应力和硬度随主轴转速和进给速度的增大先增大后减小,随静压力的增大逐渐增大,随加工次数的增多逐渐减小;表面粗糙度随主轴转速和进给速度的增大逐渐增大,随静压力和加工次数的增大而减小。加工后试样表面完整性得到有效提高,划痕缺

为了探究超声振动车削过程中切削力和切削温度的变化规律,使用Third Wave Advant Edge切削仿真软件,基于POWER-LOW本构模型和ALE网格划分方法建立TC4钛合金车削加工的有限元模型,获得传统车削与超声振动车削的切削力和最高切削温度变化情况。结合超声振动车削中刀具切削速度和位移变化规律,对传统车削与超声振动车削的切削力和最高切削温度变化规律展开对比分析;探究超声振动车削中的工件进给速度、刀具振频和振幅对切削力的影响规律,实现各加工参数的最优组合,为实际加工提供参考。

基于晶体塑性理论对TC4钛合金正交切削加工表面进行了织构的模拟仿真和分析。建立了TC4钛合金切削有限元仿真模型,通过正交切削实验中切屑形态特征和切削力验证了仿真模型的合理性和可靠性。采用所建立的仿真模型提取并分析了钛合金切削加工表面剪切塑性应变和应变率随时间的变化规律,并利用Taylor多晶体模型以及Voce硬化模型对加工表面织构进行了模拟,获得了极图和ODF图。对图像进行分析后结果表明,切削加工表面出现了典型的柱面织构和剪切织构。

为了探究在混粉电火花加工中,将超声施加于工件对加工效果的影响,在成型电火花机床的基础上自行设计了一套工件附加超声的混粉电火花加工装置。并对TC4钛合金分别使用普通混粉电火花和超声混粉电火花进行加工,利用正交试验法通过极差分析确定两种加工方式的最优参数,通过对比试验,综合分析两种加工方式的试验结果。研究表明,在混粉电火花加工TC4钛合金过程中,将超声附加在工件上,加工时间减少了10%,表面粗糙度减少了15%,研究结果为实现TC4钛合金高效高质量的加工提供了参考。

通过对TC4钛板上钻削Ф0.1mm微孔的研究,建立了一种能够精确预测钻头所受钻削力的切削力模型。利用解析法分别将主切削刃和横刃离散成一系列斜角切削单元和直角切削单元;应用Deform软件,并充分考虑微细加工中特有的尺寸效应,模拟出每个单元所受的力;建立切削单元的局部坐标系与整个钻头的整体坐标系,将每个切削单元所受的力转化为整个钻头所受的力,进而求出整个钻头的轴向力与扭矩。通过多组工艺参数的仿真与实验,表明该切削力模型能够比较精确地测出微钻削过程中的钻削力。