TA18合金电解—磁力复合光整加工试验研究

发布时间：2020-05-18 06:58

【摘要】：随着现代科学技术的高速发展,钛合金材料作为一种重要的金属结构材料,具有低密度、高比强度、低温性能好、耐腐蚀性强等优点。运用于航空航天领域,尤其是航空发动机、涡轮叶盘等。也作为常用管状材料应用在石油化工、海洋领域,主要制作设备有冷凝器、深潜器等。这些零部件质量的好坏直接影响着整个机械装置的运行性能以及寿命。所以,我们必须对这些零部件表面质量进行提高。然而钛合金材料由于其较好的物理化学性能使其成为一种工业上典型的难加工材料,采用传统的加工方法很难满足加工需求。利用磁力研磨这一非传统的精密加工方法对钛合金进行加工,虽然由于磁力研磨具有自锐性以及良好的柔性等优点,可以弥补加工方法的不足,但是其切削性能差、加工效率低,无法满足工业上的需求。本文提出了一种电解磁力复合研磨加工的方法,电解磁力研磨加工首先利用电解溶解作用将钛合金表面存在的毛刺、尖点等软化形成钝化膜,再利用磁力研磨的机械去除作用将软化的钝化膜去除的一种加工方法,该方法是将两种方法有效的结合起来并保持了各个加工工艺的优势。本文在基于电解加工和磁力加工的理论基础上对电解磁力复合加工的原理进行了探讨,发现电解加工和磁力研磨之间彼此独立又相互影响。并针对钛合金平面和管件分别设计了电解磁力复合加工装置。针对电解特性进行了理论分析,通过实验中形成钝化膜的致密性及均匀性对电解液的种类和浓度进行了优化试验。并通过设计的装置对钛合金平面和管件进行了试验研究,分别选取电解电压、磁性研磨粒子粒径、主轴转速等作为主要影响因素进行单因素分析试验,研究了各个因素对加工效果的影响并得出最佳参数。通过对加工前后表面粗糙度、表面形貌、表面残余应力和表面能谱进行观察分析。试验结果表明:在优化后的参数下进行电解磁力复合研磨加工钛合金,表面粗糙度最低,表面微观形貌均匀细致,且复合加工后的表面很好地维持了材料的表面性质;复合加工能够使表面由拉应力转变为压应力状态,从而获得更好的表面应力状态;验证了复合加工的可行性和有效性。针对试验中的加工参数,采用响应面法对加工中的试验条件进行筛选和优化,采用基于Box-Behnken试验设计的方法,选取电源电压、主轴转速和进给速度为试验因素,进行了三因素三水平的试验,建立了三因素对应响应值(表面粗糙度)的回归方程,并对得到的结果进行了方差分析,研究了两因素之间的相互影响,最后得出了优化后的试验条件;
【图文】：

钛合金材料,用途,高新材料

随着现代科学技术的快速发展，高新材料在航空航天等军事、民用科技领域发挥着重要的作用。尤其在近几年中，高新材料广泛的运用于激光技术、电子通信、医疗器械、航空航天等领域，高新材料的快速发展成长也让这些领域取得了突破性的进展。由此可见，高新材料已成为在现代及未来中不可替代的重要发展材料之一[1]。钛合金材料是一种最为常见，运用最为广泛的高新材料，如图 1.1 所示。钛合金由于其具有耐高温、低密度等优良性能，在现代高科技发展前景下，被广泛的运用于医疗器械、航空航天领域，尤其是航空发动机、涡轮叶盘等。也作为常用管状材料应用在石油化工、海洋领域，主要制作设备有冷凝器、深潜器等。近年来，钛合金管在军事设备上的应用越来越广泛，市场对于钛合金管的零部件的需求越来越大，为了满足高性能航空发动机的需求，欧美国家十分重视钛合金的发展，在 80 年代后，运用于各种战斗机和轰炸机中的钛合金含量占到了 20%左右。例如 F-15 战斗机中钛合金含量占 27%。未来的航空航天领域发动机系统，要求发展弹性模量高，密度更低的钛合金管状材料[ 2 3]。

失效形式,粒子

高质量、省时省工的优点。磁力研磨工艺这种加工方法是一种新型的加工工艺方法，可以实现对自由曲面、微小孔槽，管件表面的光整加工处理，且加工效果十分理想。通过前期的试验研究表明，磁力研磨法加工管件内表面后表面纹理基本得到了去除，表面更加光滑，但是加工效率相对于其他加工方法较低。通过寻求其他辅助手段，比如电解精密加工技术，改变钛合金材料原始表面硬度，，可以有效的提高磁力研磨效率，达到高质量、高效率光整钛合金内表面的目的。1.2 钛合金 TA18 精密加工现状分析在现代高新材料中，对于 TA18 的加工主要是通过电火花、磨削等加工手段进行加工而成的。由于钛合金材料有着众多优越性能，使得钛合金管逐渐取代其他的传统管件运用于航空发动机，使得航空发动机的工作效率和实用寿命显著提高。但由于钛合金材料本身硬度等性质的限制，给研磨抛光带来了极大的困难。这不但在很大程度上降低了零部件的使用性能，甚至会对零件之间的装配增大了难度[ 7 8]。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG66

【参考文献】