【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,鈦合金材料作為一種重要的金屬結(jié)構(gòu)材料,具有低密度、高比強(qiáng)度、低溫性能好、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用于航空航天領(lǐng)域,尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪葉盤等。也作為常用管狀材料應(yīng)用在石油化工、海洋領(lǐng)域,主要制作設(shè)備有冷凝器、深潛器等。這些零部件質(zhì)量的好壞直接影響著整個(gè)機(jī)械裝置的運(yùn)行性能以及壽命。所以,我們必須對這些零部件表面質(zhì)量進(jìn)行提高。然而鈦合金材料由于其較好的物理化學(xué)性能使其成為一種工業(yè)上典型的難加工材料,采用傳統(tǒng)的加工方法很難滿足加工需求。利用磁力研磨這一非傳統(tǒng)的精密加工方法對鈦合金進(jìn)行加工,雖然由于磁力研磨具有自銳性以及良好的柔性等優(yōu)點(diǎn),可以彌補(bǔ)加工方法的不足,但是其切削性能差、加工效率低,無法滿足工業(yè)上的需求。本文提出了一種電解磁力復(fù)合研磨加工的方法,電解磁力研磨加工首先利用電解溶解作用將鈦合金表面存在的毛刺、尖點(diǎn)等軟化形成鈍化膜,再利用磁力研磨的機(jī)械去除作用將軟化的鈍化膜去除的一種加工方法,該方法是將兩種方法有效的結(jié)合起來并保持了各個(gè)加工工藝的優(yōu)勢。本文在基于電解加工和磁力加工的理論基礎(chǔ)上對電解磁力復(fù)合加工的原理進(jìn)行了探討,發(fā)現(xiàn)電解加工和磁力研磨之間彼此獨(dú)立又相互影響。并針對鈦合金平面和管件分別設(shè)計(jì)了電解磁力復(fù)合加工裝置。針對電解特性進(jìn)行了理論分析,通過實(shí)驗(yàn)中形成鈍化膜的致密性及均勻性對電解液的種類和濃度進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)。并通過設(shè)計(jì)的裝置對鈦合金平面和管件進(jìn)行了試驗(yàn)研究,分別選取電解電壓、磁性研磨粒子粒徑、主軸轉(zhuǎn)速等作為主要影響因素進(jìn)行單因素分析試驗(yàn),研究了各個(gè)因素對加工效果的影響并得出最佳參數(shù)。通過對加工前后表面粗糙度、表面形貌、表面殘余應(yīng)力和表面能譜進(jìn)行觀察分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:在優(yōu)化后的參數(shù)下進(jìn)行電解磁力復(fù)合研磨加工鈦合金,表面粗糙度最低,表面微觀形貌均勻細(xì)致,且復(fù)合加工后的表面很好地維持了材料的表面性質(zhì);復(fù)合加工能夠使表面由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力狀態(tài),從而獲得更好的表面應(yīng)力狀態(tài);驗(yàn)證了復(fù)合加工的可行性和有效性。針對試驗(yàn)中的加工參數(shù),采用響應(yīng)面法對加工中的試驗(yàn)條件進(jìn)行篩選和優(yōu)化,采用基于Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法,選取電源電壓、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度為試驗(yàn)因素,進(jìn)行了三因素三水平的試驗(yàn),建立了三因素對應(yīng)響應(yīng)值(表面粗糙度)的回歸方程,并對得到的結(jié)果進(jìn)行了方差分析,研究了兩因素之間的相互影響,最后得出了優(yōu)化后的試驗(yàn)條件;
【圖文】：

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，高新材料在航空航天等軍事、民用科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。尤其在近幾年中，高新材料廣泛的運(yùn)用于激光技術(shù)、電子通信、醫(yī)療器械、航空航天等領(lǐng)域，高新材料的快速發(fā)展成長也讓這些領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展。由此可見，高新材料已成為在現(xiàn)代及未來中不可替代的重要發(fā)展材料之一[1]。鈦合金材料是一種最為常見，運(yùn)用最為廣泛的高新材料，如圖 1.1 所示。鈦合金由于其具有耐高溫、低密度等優(yōu)良性能，在現(xiàn)代高科技發(fā)展前景下，被廣泛的運(yùn)用于醫(yī)療器械、航空航天領(lǐng)域，尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪葉盤等。也作為常用管狀材料應(yīng)用在石油化工、海洋領(lǐng)域，主要制作設(shè)備有冷凝器、深潛器等。近年來，鈦合金管在軍事設(shè)備上的應(yīng)用越來越廣泛，市場對于鈦合金管的零部件的需求越來越大，為了滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，歐美國家十分重視鈦合金的發(fā)展，在 80 年代后，運(yùn)用于各種戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)中的鈦合金含量占到了 20%左右。例如 F-15 戰(zhàn)斗機(jī)中鈦合金含量占 27%。未來的航空航天領(lǐng)域發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，要求發(fā)展彈性模量高，密度更低的鈦合金管狀材料[ 2 3]。

高質(zhì)量、省時(shí)省工的優(yōu)點(diǎn)。磁力研磨工藝這種加工方法是一種新型的加工工藝方法，可以實(shí)現(xiàn)對自由曲面、微小孔槽，管件表面的光整加工處理，且加工效果十分理想。通過前期的試驗(yàn)研究表明，磁力研磨法加工管件內(nèi)表面后表面紋理基本得到了去除，表面更加光滑，但是加工效率相對于其他加工方法較低。通過尋求其他輔助手段，比如電解精密加工技術(shù)，改變鈦合金材料原始表面硬度，，可以有效的提高磁力研磨效率，達(dá)到高質(zhì)量、高效率光整鈦合金內(nèi)表面的目的。1.2 鈦合金 TA18 精密加工現(xiàn)狀分析在現(xiàn)代高新材料中，對于 TA18 的加工主要是通過電火花、磨削等加工手段進(jìn)行加工而成的。由于鈦合金材料有著眾多優(yōu)越性能，使得鈦合金管逐漸取代其他的傳統(tǒng)管件運(yùn)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和實(shí)用壽命顯著提高。但由于鈦合金材料本身硬度等性質(zhì)的限制，給研磨拋光帶來了極大的困難。這不但在很大程度上降低了零部件的使用性能，甚至?xí)䦟α慵g的裝配增大了難度[ 7 8]。
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG66

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2669343