《鎳基高溫合金微小結構/零件微銑削加工關鍵技術研究》是依託大連理工大學,由盧曉紅擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鎳基高溫合金微小結構/零件微銑削加工關鍵技術研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：盧曉紅
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
面向航空航天、能源、動力、生物醫學等領域對高溫環境下具有高強度的微小結構/零件的迫切需求，針對鎳基高溫合金材料微觀結構複雜、強度高、硬度高等特點導致的微銑削加工時刀具易於磨損、微銑削力波動規律複雜以及加工效率低等問題，研究鎳基高溫合金微小結構/零件微銑加工關鍵技術。以建立瞬時切削厚度模型為切入點，建立鎳基高溫合金微銑削力模型，實現微銑削力的預測；通過掃描電子顯微鏡和能譜分析技術對微刀具在切削過程中的磨、破損形貌進行觀察分析，系統地揭示微銑削鎳基高溫合金時微刀具的失效機理；對刀具磨損和破損的切削力閾值進行分析，採用神經網路算法建立監控模型，通過微銑削力對刀具狀態進行監控；以加工效率為目標，以考慮刀具壽命的銑削力和表面粗糙度為主要約束，建立鎳基高溫合金微銑削工藝最佳化模型並開展工藝試驗，最終實現寬度100μm，高度30μm，寬度和高度尺寸偏差在5%以內的鎳基高溫合金微通道的微銑高效加工。
結題摘要
面向航空航天、能源、動力、生物醫學等領域對高溫環境下具有高強度的微小結構/零件的迫切需求，針對鎳基高溫合金材料微觀結構複雜、強度高、硬度高等特點導致的微銑削力波動規律複雜、微銑刀易磨損及破損、表面完整性預測困難以及加工效率低等問題，研究了鎳基高溫合金微小結構/零件微銑加工關鍵技術。 首先，考慮刀齒齒尖次擺線運動軌跡及刀齒齒尖徑向跳動影響，建立名義微切削厚度計算模型和實際切削過程累計切削厚度模型。然後，以最小切削厚度值為分界點，將微細切削過程劃分為以剪下效應為主導和以耕犁效應為主導的兩個不同切削過程。依據切削力與切削層面積成比例，並考慮耕犁效應影響，建立以剪下效應為主導的鎳基高溫合金微細銑削過程三維動態切削力預測模型；依據耕犁力與切削刃與工件間的過盈體積成比例，建立以耕犁效應為主導的鎳基高溫合金微細銑削過程三維動態切削力預測模型。開展鎳基高溫合金微細銑削試驗，研究各切削參數對切削力的影響規律,依據正交試驗結果，建立三維微切削力經驗模型。 基於DEFORM 11.0軟體對鎳基高溫合金Inconel 718微銑削過程進行有限元三維仿真，並通過實驗驗證了模型的準確性。在此基礎上，研究了每齒進給量對刀具磨損的影響規律。基於微銑削試驗，研究了微銑削Inconel718過程中，刀具前後刀面的磨、破損情況及磨損機理，並分析了微銑削刀具磨、破損的特點及其與鎳基高溫合金傳統銑削的區別。研究結果表明：微銑削鎳基高溫合金時刀具的主要失效形式為刀尖磨損、前後刀面的塗層剝落及切削刃微崩刃；主要磨損原因為黏結磨損、擴散磨損和氧化磨損的綜合作用，磨粒磨損不明顯。提出一種基於理論模型預測微銑刀早期破損的新方法。 以鎳基高溫合金微銑削表面殘餘應力和加工硬化為研究對象，建立基於ABAQUS的鎳基高溫合金微銑削三維有限元仿真模型，實現了微銑削表面殘餘應力的預測，並結合應變與硬度之間的關係，實現了微銑削表面顯微硬度的預測。基於單因素試驗研究主軸轉速、每齒進給量和軸向切深對表面殘餘應力和顯微硬度的影響規律；基於回響曲面法研究主軸轉速、每齒進給量和軸向切深對表面顯微硬度的互動影響作用。 最後，進行了以能耗、材料去除率和表面粗糙度為最佳化目標的鎳基高溫合金微銑削切削參數最佳化研究。最終實現了寬度為100μm，高度為650μm，寬度和高度尺寸偏差在5%以內的鎳基高溫合金微微流控晶片熱壓模具的加工。
