高硬再制造表面强化层的加热切削研究

应用高性能硬质合金、陶瓷刀具和CBN刀具对常温条件下难以加工的高硬堆焊材料进行加热切削试验。试验结果表明：尽管加热条件下冲击效应降低,但CBN刀具仍然破损严重;陶瓷刀具虽然也无法实现理想的切削,但切削过程中刀具破损模式从崩碎式失效转变为磨损失效;3种刀具中高性能硬质合金应用效果最佳,其最佳参数条件下,一个切削里程后刀面VB值仅为0．3mm,试验过程中,刀具磨损随表面加热温度、切削速度、切削深度的提高而增大,但随进给量取值的增大而减小,其中切削速度对刀具VB值的影响最大,而进给量和削切深度对刀具VB值的影响较小。综合分析还表明：试验中刀具磨损速率仍然受刀具红硬性极限的限制。     

振动影响下金刚石车削表面的形貌仿真

超精密车削加工中,影响工件表面形貌的主要因素有刀具的几何形状、进给速度、主轴转速、刀具与工件的相对振动等,考虑这些因素,对超精密加工的三维表面形貌进行建模,并通过仿真分析刀具轮廓在工件径向截面内可能发生的剪切现象。验证结果表明,用该模型仿真超精密端面车削的工件表面能得到较好的效果。利用该模型可以模拟刀具切削运动的轨迹、预测工件表面三维微观形貌及二维截面轮廓形状等表面特征,并可将其作为实际切削加工中切削参数优化的理论指导。     

石墨烯作为水基半合成切削液添加剂的硬质合金-钢材料摩擦学特性分析

改善加工过程润滑条件是延缓刀具磨损的重要途径。将石墨烯作为3034水基半合成切削液的添加剂,研究石墨烯悬浮切削液的硬质合金-钢材料摩擦学性能,研究对象是由硬质合金YG8制备的金属球和由45#钢制备的圆盘形试件;采用球-盘摩擦副接触方式在摩擦磨损试验机上进行试验,测定了质量分数为0. 1%~0. 9%的石墨烯悬浮切削液的平均摩擦特性和摩擦系数;采用激光共聚焦显微镜对磨痕轮廓进行提取,并得出磨损定量评价指数,并用扫描电镜和拉曼光谱仪对磨痕进行磨损机理分析;进行切削实验来分析石墨烯悬浮切削液对切削性能指标的改善情况。实验分析结果表明:石墨烯悬浮切削液能明显改善硬质合金-45#钢之间的润滑条件,摩擦系数和磨损率显著下降,采用不同质量分数石墨烯悬浮切削液的平均摩擦系数较原半合成切削液下降12. 9%~57. 3%,磨损率下降33. 82%,同时切削合力较原半合成切削液下降18. 58%,加工后工件表面粗糙度下降7. 5%。     

等离子弧加热切削工程陶瓷试验

主要阐述了采用自制新型水介质等离子弧设备对氮化硅陶瓷材料进行加热辅助切削的试验条件及过程。通过对加工后刀具磨损的测量,总结出在热源距离h=8mm,电流I=6A,电压U=140V的热源条件下,采用V=450r/min、f=0·08mm/r和ap=0·2mm的切削用量时,刀具磨损比较小,切削效果理想。该试验说明了应用该小功率水介质等离子弧辅助加热切削氮化硅陶瓷材料的方法可行而有效,能够大大降低加工成本,对促进工程陶瓷材料的更广泛应用具有重要意义。     

难加工材料3种优化指标的应用特性

采用刀具耐用度、切削里程、材料去除总量对同一组难加工材料进行正交试验,结果表明:采用刀具耐用度作为评价指标进行优化时,其结果往往是对应于最小的切削用量,高的刀具耐用度并不对应于高的切削能力和切削效率,优化结果存在较大的局限性;切削里程和材料去除总量在实际生产中分别代表已加工表面的形成量和总切削量,可以较好地反映切削参数与应用效果之间的关系,作为评价指标时,两者较刀具耐用度的评价更为有效。不同指标的评价结果不同,应用时需根据实际情况进行有针对性的选择。     

微槽结构单点金刚石飞切加工的切削力建模

超精密单点金刚石飞刀切削技术是一种比较新颖的微槽类结构加工方式。在飞切过程中,切削力是切削过程中重要的物理量,对加工后的表面质量、刀具磨损等有着直接影响。提出了一种基于直角微切削理论的动态微槽类结构飞切的力学模型,基于微切削理论,得到了前、后刀面切削力的理论模型。根据飞切的几何运动特征,建立了飞切过程中剪切角的计算模型,并根据单圈飞切实验得到了飞切过程中剪切面的变化规律。为了验证模型的正确性,采用不同切削参数进行了多圈重叠飞切实验,对切削力进行了测量和分析。实验得到的切削力大小和变化规律与理论模型计算得到的基本一致,证明了该切削力模型的有效性。     

金刚石车床上带固态执行器的微定位装置——一个初步实验

在超精密设计中,很可能没有可供选择的设计方案。在超精细进给情况下,压电执行器是一种潜在选择。目前,欧洲和日本刀具制造商为此正致力于磁致伸缩执行器的研究。压电材料和磁致伸缩材料都存在磁滞型非线性,以致这些系统的输出依赖于以前的输入,绝对定位仅通过反馈控制才能得到。本文采用模拟技术对脆性材料的超精密加工中(微米级)刀架定位的几种现代控制技术作了一番比较。     

TiN基复合涂层硬质合金刀具的力学性能与切削性能研究

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀在YT14硬质合金刀具上沉积了TiN、TiAlN、TiN-MoS2和CrTiAlN复合梯度涂层.利用纳米硬度计、维氏显微硬度计、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪表征了刀具涂层的力学性能和组织结构,并在干式切削条件下, 比较研究了涂层对硬质合金刀具切削性能的影响,得出4种涂层刀具的切削寿命的排序依次为CrTiAlN＞TiN-MoS2＞TiAlN＞TiN;研究结果表明,多元复合涂层刀具在提高切削性能方面效果是显著的.     

一种新型内孔热喷涂技术及涂层性能研究

介绍了一种新型的内孔热喷涂技术———离心雾化等离子喷涂技术,并阐述了该技术的工作原理和工作过程。通过试验制取了3Cr13涂层和铝涂层,使用扫描电镜、能谱仪和光学显微镜等仪器设备对2种涂层的表面和截面进行观察分析,结果表明,通过该技术制取的涂层具有和传统电弧喷涂层类似的组织结构,并具有氧化物含量低,喷涂粒子大等特点。     

硬脆材料的缓进给半塑性化磨削

分析了用缓进给方法实现硬脆材料半塑性化磨削的机理，提出了衡量半塑性化磨削效果的破碎率指标，介绍了实验方法和实验结果，对实验结果进行了分析比较。实验结果表明，在普通磨床上可实现硬脆材料的半塑性化磨削，采用缓进给磨削方法可以显著地提高半塑性化磨削的效果。     

一种基于离心雾化的新型热喷涂技术

研究开发了一种新型的热喷涂技术——离心雾化转移弧等离子喷涂技术(CAPTAS),阐述了该技术工作原理、设备以及熔融粒子的离心雾化机理。观察了采用该技术所制备的涂层微观组织结构,通过能谱仪对该涂层的成分进行了分析, 并与传统的电弧喷涂涂层进行了比较。结果表明,采用CAPTAS技术制备的涂层具有和传统电弧喷涂涂层类似的扁平化层状结构,但粒子大、变形小、氧化物含量低。     

Feasibility of surface-coated friction stir welding tools to join AISI 304 grade austenitic stainless steel

An attempt is made to develop the tools that are capable enough to withstand the shear, impact and thermal forces that occur during friction stir welding of stainless steels. The atmospheric plasma spray and plasma transferred arc hardfacing processes are employed to deposit refractory ceramic based composite coatings on the Inconel 738 alloy. Five different combinations of self-fluxing alloy powder and 60% ceramic reinforcement particulate mixtures are used for coating. The best friction stir welding tool selected based on tool wear analysis is used to fabricate the austenitic stainless steel joints.     

自蔓延反应喷涂表面涂层技术进展

围绕自蔓延反应喷涂技术与工艺研究和自蔓延反应喷涂相关理论研究两个方面,介绍了这一技术领域的发展状况。SHS反应喷涂技术将燃烧合成与传统热喷涂相融合,将各类高化学能的反应型粉材、线材引入喷涂技术中制备高性能陶瓷和金属间化合物涂层,发展了SHS反应药芯线材电弧喷涂、SHS等离子喷涂、爆炸反应喷涂以及SHS反应火焰喷涂等技术手段。一方面,对其中的配系设计、控制参数、涂层性能和相关设备等方面开展了深入的实验研究;另一方面,围绕涂层形成过程、喷涂条件下的反应机理与模式,以及反应喷涂过程中的能量状态和粒子的物理状态等方面开展了初步的理论研究,正在构筑较完整的理论体系。     

陶瓷/金属梯度热障涂层的制备及性能评价

为了评价陶瓷/金属梯度热障涂层的性能,设计了4种涂层方案和2种基体材料(1Cr18Ni9Ti和2Cr13).利用单枪单送粉器成功地制备了线性梯度涂层.通过观察涂层的微观结构、测量涂层的抗热震性能和热残余应力来评价涂层的性能.利用扫描电镜对各种陶瓷涂层的微观结构进行了观察和分析,利用X射线能谱分析得到了陶瓷梯度涂层试样中的不同区域的衍射图.热震试验表明,梯度涂层比非梯度涂层具有更好的抗热震性能.采用钻孔法对不同涂层方案进行了残余应力的测量,结果表明,压应力出现在1Cr18Ni9Ti基体材料上,而拉应力出现在2Cr13基体材料上.     

装甲装备橡胶器材防老化涂料的制备

以有机硅改性丙烯酸乳液为基料,制备了具有一定弹性和抗老化性的装甲装备橡胶器材防护涂料,并对涂料的耐湿热性、耐盐雾性进行了测试。结果表明:纳米硅丙涂料是一种综合性能优异的装甲装备橡胶器材防老化涂料,能够有效地延长橡胶器材的库存寿命。     

Transverse relaxation characteristic and stress relaxation model considering molecular chains of HTPB coating based on pre-strained thermal aging

In order to accurately describe the transverse relaxation characteristic and stress relaxation modulus of HTPB coating during pre-strain thermal aging process, a one month thermal aging test was carried out at 70 C with pre-strain of 0％, 3％, 6％ and 9％, respectively. The low-field 1H NMR and stress relaxation modulus tests were carried out for HTPB coating at different aging stages. The stress relaxation model considering the molecular chains was proposed according to the changes of crosslinking chain and dangling chain of HTPB coating during pre-strain aging. The results showed that with the increase of aging time, the decay rate of transverse relaxation curve became faster, the transverse relaxation time decreased, the value of combined parameter qMrl increased, the proportion of crosslinking chain decreased, while the proportion of dangling chain increased. Moreover, the stress relaxation modulus increased, the crosslinking network structure of HTPB coating became denser and the degree of cross-linking increased. At the initial aging stage, the pre-strain will destroy the crosslinking network structure of HTPB coating to a certain extent. With the increase of aging time, the effect of pre-strain will gradually weaken and the influence of aging on materials will gradually increase. The correlations between the stress relaxation model considering the molecular chains and the test results were more than 0.9950, which can accurately describe the stress relaxation modulus of HTPB coating during the pre-strain thermal aging process.     

Cross-linking density and aging constitutive model of HTPB coating under prestrain thermal accelerated aging

In order to study the cross-linking density and aging constitutive relationship of HTPB coating during storage, the thermal accelerated aging tests at 0%, 3%, 6% and 9% prestrains were carried out. The cross-linking density of HTPB coating at different aging stages were tested using low-field ¹H NMR and the variation of cross-linking density was analyzed. The aging model of cross-linking density considering the chemical aging and the physical stretching factors was established. The uniaxial tensile tests were carried out on HTPB coating at different aging stages and the cross-linking density was introduced into Ogden hyperelastic constitutive model as a characterization parameter of correction coefficient. Combined with uniaxial tensile test results, a prestrain aging constitutive model of HTPB coating was established. The results show that the cross-linking density of HTPB coating increases rapidly at first and then slowly with the increase of thermal accelerated aging time without prestrain. Under prestrain conditions, the cross-linking density of HTPB coating decreases at the early stage, and increases rapidly at first and then slowly at the middle and late stages of thermal accelerated aging. The correlation coefficients of aging model of cross-linking density and aging constitutive model with test results are R > 0.9500 and R > 0.9900 respectively, which can be used to accurately describe the cross-linking density and aging constitutive relationship of HTPB coating under prestrain accelerated thermal aging conditions.     

铝合金隔热涂层研究

本工作研究了在ＬＹ１２表面用等离子喷涂氧化锆隔热涂层的热传导性能和抗热震性能及气孔率对这些性能的影响。结果表明,在所选择的最佳工艺参数和厚度下,涂层具有良好的绝热性和抗热震性。