检索结果-内蒙古大学图书馆

中国机械工程 2025年第4期36卷 636-654页

作者：范滔姚倡锋谭靓西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072

γ-TiAl合金密度小、比强度高,具有优异的高温抗氧化性能,在航空航天领域有着广泛的应用潜力,然而,由于其高脆性和低室温塑性,被认为是典型的难加工材料,加工过程中存在高切削力、快速刀具磨损和表面缺陷等挑战。近年来,能场辅助加工技... 详细信息

γ-TiAl合金密度小、比强度高,具有优异的高温抗氧化性能,在航空航天领域有着广泛的应用潜力,然而,由于其高脆性和低室温塑性,被认为是典型的难加工材料,加工过程中存在高切削力、快速刀具磨损和表面缺陷等挑战。近年来,能场辅助加工技术为解决这些问题提供了新的思路。系统分析了γ-TiAl合金的材料特性、加工特性及表面完整性,并重点探讨了能场辅助加工技术的研究进展,包括在减小切削力、延长刀具寿命及提升表面质量中的应用效果。同时梳理了当前研究的局限性,并提出了未来发展趋势,以期为γ-TiAl合金的高效加工提供理论与技术参考。

关键词： γ-TiAl合金难加工材料表面完整性能场辅助加工

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锥度球头刀四轴铣削TC4残余应力梯度分布反解

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中国机械工程 2025年第4期36卷 770-779页

作者：周金华齐琪任军学詹梅西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072

商用航空发动机大型复合材料风扇叶片前缘金属加强边的内外型面精加工采用定制化锥度球头刀四轴铣削方式完成,该阶段引入的加工残余应力常常引起过大的弯扭变形而导致零件尺寸超差。针对锥度球头刀四轴铣削钛合金TC4,提出了一种基于薄... 详细信息

商用航空发动机大型复合材料风扇叶片前缘金属加强边的内外型面精加工采用定制化锥度球头刀四轴铣削方式完成,该阶段引入的加工残余应力常常引起过大的弯扭变形而导致零件尺寸超差。针对锥度球头刀四轴铣削钛合金TC4,提出了一种基于薄板加工变形测试的铣削残余应力梯度分布逆向辨识方法。采用双曲正切模型对铣削残余应力梯度分布进行参数化表征,将残余应力梯度分布的求解转换为对两个待定系数k和ω的反解,通过测试钛合金试块加工表面的残余应力计算确定模型系数k,通过测试钛合金薄板铣削弯曲变形挠度反解出模型系数ω,以此确定残余应力梯度分布曲线。开展了4组钛合金TC4试块铣削验证实验,测试结果表明,铣削残余应力梯度分布的平均预测准确率高达99.35%。与传统X射线测试法相比,所提出的方法避免了采用电解腐蚀剥层来测试亚表层残余应力,同时也充分考虑了铣削加工残余应力在已加工表面的分布不均匀性问题,即铣削加工残余应力离散度问题。

关键词：锥度球头刀钛合金TC4 四轴铣削残余应力逆向辨识离散度

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400℃高周疲劳下TC17超声冲击强化表面状态演化规律研究

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中国机械工程 2025年第4期36卷 790-801页

作者：谭靓樊怡姚倡锋西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072 陕西艾克斯普机电科技有限责任公司西安710061

以TC17钛合金为研究对象,通过超声冲击强化工艺试验、表面状态测试分析和400℃高周疲劳试验,分析了超声冲击强化表面粗糙度、表面几何形貌、表层残余应力、表层显微硬度和表层微观组织等表面状态特征在400℃拉/拉高周疲劳试验过程中的... 详细信息

以TC17钛合金为研究对象,通过超声冲击强化工艺试验、表面状态测试分析和400℃高周疲劳试验,分析了超声冲击强化表面粗糙度、表面几何形貌、表层残余应力、表层显微硬度和表层微观组织等表面状态特征在400℃拉/拉高周疲劳试验过程中的演化规律。结果表明,与超声冲击强化试样初始表面状态相比,试样在400℃下保温1 h后,表面粗糙度Ra从0.46μm增大到0.67μm,表面显微硬度从630 HV0.025降低至450 HV0.025,表面残余压应力从-640 MPa减小到-525 MPa,残余压应力峰值从-1088 MPa减小到-776 MPa,塑性变形层深度由20μm减小到13μm;400℃下试样疲劳断裂后,表面粗糙度为1.22μm,残余压应力影响层深度为70μm,塑性变形层深度为9μm,表层等轴状α相转变为长条状,平均晶粒面积由11.8μm 2增大至34μm 2。

关键词： TC17钛合金超声冲击强化表面状态高周疲劳演化规律

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粉末冶金γ-TiAl合金超声振动辅助铣削试验研究

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电加工与模具 2025年第2期 59-65,72页

作者：游逸飞汪文虎黄博肖培乾刘晓芬熊一峰西北工业大学机电学院航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心陕西西安710072 商洛学院化学工程与现代材料学院陕西商洛726000

粉末冶金γ-TiAl合金是典型的耐高温硬脆性难加工材料,采用传统切削工艺存在切削力较大、刀具磨损严重、易产生凹坑和崩边等损伤。为减小切削力、延长刀具寿命并改善加工表面质量,开展了粉末冶金γ-TiAl合金的普通铣削和超声振动辅助铣... 详细信息

粉末冶金γ-TiAl合金是典型的耐高温硬脆性难加工材料,采用传统切削工艺存在切削力较大、刀具磨损严重、易产生凹坑和崩边等损伤。为减小切削力、延长刀具寿命并改善加工表面质量,开展了粉末冶金γ-TiAl合金的普通铣削和超声振动辅助铣削试验,对比研究超声振动作用对铣削加工表面粗糙度、表面形貌、加工损伤的影响规律。结果表明:超声振动使粉末冶金γ-TiAl合金表面形成独特的纹理结构,提高超声频率和减小振幅均会导致加工表面粗糙度值增大;相比于普通铣削,超声振动作用下的刀具-工件周期性分离效应能有效降低切削力和刀具磨损,进而减少加工表面材料拔出,并且低频率高振幅超声振动抑制材料拔出的效果更加明显;为减少加工边缘崩碎并改善加工表面质量,超声振动辅助参数应选取切削速度70~100 m/min、每齿进给量小于0.1 mm/z、切削深度0.1~0.25 mm。

关键词： γ-TiAl合金粉末冶金超声辅助铣削加工损伤

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机理⁃数据混合驱动的叶片加工变形预测方法

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航空学报 2024年第13期45卷 169-185页

作者：董立卓张思琪张钊吴宝海西北工业大学航空发动机高性能制造工信部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072

航空发动机叶片作为一种典型的薄壁类零件,在铣削加工过程中易发生弹性变形与加工残余应力变形,影响其加工精度与质量。针对叶片复杂加工过程的变形机理建模问题和依赖于有限采集样本的数据驱动模型预测问题,建立了机理引导的麻雀优化... 详细信息

航空发动机叶片作为一种典型的薄壁类零件,在铣削加工过程中易发生弹性变形与加工残余应力变形,影响其加工精度与质量。针对叶片复杂加工过程的变形机理建模问题和依赖于有限采集样本的数据驱动模型预测问题,建立了机理引导的麻雀优化极限学习机(SSA-ELM)薄壁叶片加工变形预测模型。首先,建立了综合考虑弹性变形、加工残余应力变形的薄壁叶片加工变形机理模型。其次,设计极限学习机神经网络(ELMNN),并采用麻雀搜索算法(SSA)优化ELMNN隐含层网络参数。然后,构建了数据驱动模型的数据集,并利用蒙特卡洛模拟对加工变形数据样本进行增强,建立了数据驱动模型。最后,采用机理引导的SSA-ELM预测薄壁叶片加工变形值,以加工变形均方根误差与相关系数作为模型精度评价指标,结果表明机理引导和SSA优化后的加工变形预测模型的均方根误差分别减小了77.25%和30.5%,证明模型有良好的预测性能。

关键词：薄壁叶片弹性变形加工残余应力变形加工变形预测机理模型数据驱动模型

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基于GA⁃SVR的薄壁叶片辅助支撑布局优化方法

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航空学报 2023年第4期44卷 246-260页

作者：郑志阳张阳张钊吴宝海张莹西北工业大学航空发动机高性能制造工信部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072

作为一种典型的复杂曲面薄壁件,叶片在铣削加工过程中极易发生“让刀”,即弹性变形,严重影响着叶片的加工精度。针对该问题,设计了四自由度回转辅助支撑机构增加叶片的加工刚度,并提出了一种基于GA-SVR的薄壁叶片辅助支撑布局优化方法... 详细信息

作为一种典型的复杂曲面薄壁件,叶片在铣削加工过程中极易发生“让刀”,即弹性变形,严重影响着叶片的加工精度。针对该问题,设计了四自由度回转辅助支撑机构增加叶片的加工刚度,并提出了一种基于GA-SVR的薄壁叶片辅助支撑布局优化方法。首先,建立了综合考虑材料去除以及铣削力与弹性变形耦合效应的叶片铣削加工有限元仿真模型。其次,以辅助支撑布局作为设计变量,最大加工弹性变形和整体弹性变形均方差作为布局优劣评价指标,采用拉丁超立方试验设计和有限元仿真模型计算评价指标并生成样本集,再以支持向量机回归(SVR)对样本集进行训练获得评价指标的代理预测模型。然后,采用精英策略遗传算法(GA)优化薄壁叶片的辅助支撑布局。最后,进行了薄壁叶片铣削加工及三坐标测量实验,结果表明优化后的辅助支撑布局方案对叶片加工弹性变形的抑制程度可达57.6%。

关键词：薄壁叶片弹性变形变形预测与控制 SVR代理模型支撑布局优化

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TiAl合金涡轮压缩损伤与拉伸断裂行为

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稀有金属材料与工程 2023年第9期52卷 3332-3337页

作者：杜随更王松林高漫西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心陕西西安710072

为研究TiAl合金涡轮经压力作用后的组织损伤机制及性能弱化规律,设计了对TiAl合金涡轮先压缩再拉伸的实验方法。利用SEM对压缩后的涡轮轴颈表面及内部的滑移和微裂纹进行分析,并观察拉伸断口形貌。结果表明:随着前期涡轮所受的压力的增... 详细信息

为研究TiAl合金涡轮经压力作用后的组织损伤机制及性能弱化规律,设计了对TiAl合金涡轮先压缩再拉伸的实验方法。利用SEM对压缩后的涡轮轴颈表面及内部的滑移和微裂纹进行分析,并观察拉伸断口形貌。结果表明:随着前期涡轮所受的压力的增大,压缩后的TiAl涡轮剩余抗拉强度逐渐降低,当压力为610 MPa时,剩余抗拉强度仅为86MPa,强度损失率高达70%。TiAl合金压缩过程中形成了以沿层裂纹为主、穿层裂纹为辅的变形损伤特征。与压缩轴成45°的最大剪应力方向上的沿层裂纹是TiAl合金压缩损伤的主要形式。压缩损伤后的TiAl合金涡轮拉伸断裂均发生在靠近涡轮浇铸冒口侧的细轴颈部位。受压变形后的片层组织中的微小裂纹在随后拉应力作用下继续扩展直至韧带桥被贯穿,小裂纹合并成大裂纹,在断口上表现出沿层和穿层的混合断裂形貌。

关键词： TiAl合金涡轮压缩损伤拉伸断裂

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滚压强化表面状态特征的疲劳演化及抗疲劳机制研究进展

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航空学报 2021年第10期42卷 80-97页

作者：韩坤鹏张定华姚倡锋谭靓周征西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072

作为机械表面强化技术之一,滚压强化工艺能够有效提高材料的疲劳性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能以及损伤容限性能,现已被应用于航空发动机叶片等的表面改性处理。首先,对滚压强化的基本原理及优点进行了介绍。其次,鉴于表面状态特征演化... 详细信息

作为机械表面强化技术之一,滚压强化工艺能够有效提高材料的疲劳性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能以及损伤容限性能,现已被应用于航空发动机叶片等的表面改性处理。首先,对滚压强化的基本原理及优点进行了介绍。其次,鉴于表面状态特征演化对疲劳性能的重要影响及越来越多的学者对此问题的重视与研究,分别综述了滚压强化工艺的表面状态特征(残余应力、显微硬度和微观组织)的疲劳演化、抗疲劳机制以及疲劳寿命预测方面的研究进展。然后,并与其他工艺的研究进展进行横向对比分析,总结了滚压强化工艺当前研究存在的不足。最后,对滚压强化工艺今后的研究内容与发展方向进行了展望。

关键词：滚压表面状态特征残余应力微观组织显微硬度疲劳演化抗疲劳机制

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喷丸强化残余应力对疲劳性能和变形控制影响研究进展

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机械工程学报 2023年第6期59卷 46-60页

作者：张吉银姚倡锋谭靓崔敏超周征孙蕴齐李国喜樊怡西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072

作为机械表面强化技术之一,喷丸强化使工件表层发生形变硬化,引入较高的残余压应力,减少了疲劳应力作用下微裂纹的萌生并抑制其扩展,从而显著提高零件的抗疲劳断裂和抗应力腐蚀开裂的能力。基于喷丸残余应力解析计算模型,从余弦函数模... 详细信息

作为机械表面强化技术之一,喷丸强化使工件表层发生形变硬化,引入较高的残余压应力,减少了疲劳应力作用下微裂纹的萌生并抑制其扩展,从而显著提高零件的抗疲劳断裂和抗应力腐蚀开裂的能力。基于喷丸残余应力解析计算模型,从余弦函数模型、接触应力模型和球腔膨胀模型三个方面介绍喷丸强化残余应力的产生,进而对喷丸残余应力的仿真预测及影响规律进行论述。为了提高试件疲劳强度而引入的残余压应力会带来影响形位精度的变形,基于此阐述了喷丸残余应力对疲劳性能的影响及其在疲劳过程中的演化,同时论述了喷丸残余应力变形预测及控制的研究现状,最后对喷丸残余应力未来的研究内容与发展方向进行展望。

关键词：喷丸强化残余应力疲劳性能变形

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钛合金切削表层微观组织研究进展

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机械工程学报 2021年第15期57卷 231-245页

作者：刘广鑫张定华姚倡锋西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072

钛合金是航空发动机关键构件的主选材料,切削加工是其制造工艺中最基本的加工方法之一。切削加工产生的热-机载荷会导致钛合金表层微观组织发生复杂变化,从而在加工表面形成表面变质层。表层微观组织严重影响着工件的物理、力学性能,因... 详细信息

钛合金是航空发动机关键构件的主选材料,切削加工是其制造工艺中最基本的加工方法之一。切削加工产生的热-机载荷会导致钛合金表层微观组织发生复杂变化,从而在加工表面形成表面变质层。表层微观组织严重影响着工件的物理、力学性能,因此,研究钛合金切削表层微观组织对改善航空发动机关键构件的使役性能与可靠性有重要意义。基于表面变质层的形成机理,工艺因子对表层微观组织的影响规律以及微观组织的模拟与预测三个方面的研究成果,介绍钛合金切削表层微观组织的研究现状。最后,分析现有研究存在的一些不足以及未来的研究方向。

关键词：钛合金加工表面微观组织变化工艺因子模拟与预测

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