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难加工合金高速分离超声振动高质加工技术及装备
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TB559
  • 关键词:
  • 成果简介:
    新一代飞机、发动机等高端装备的承力系统质量是决定装备成败的关键因素之一,其中大量连接孔系、传动轴系、传动筒系等承力关键区难加工合金(钛合金、高温合金、高强钢等)加工质量指标最受关注,其加工精度、表面籼糙度、残余应力场等指标直接关系到整机性能与运行可靠性。然而难加工合金高质加工是公认的难题,加之新一代飞机轻/强叠层、薄/深/长整体等复杂新结构特征极易产生加工热损伤、力变形,导致现有加工技术无法满足高加工质量要求,严重制约了型号研制与批产进程。针对上述加工难题,该项目持续攻关20多年,发明了蛇行高速分离超声振动降热降力高质加工新技术,主要发明如下: (1)针对难加工合金加工中热损伤与力变形问题,发明了蛇行高速分离超声振动降热降力高质加工方法。提出了“蛇行高速分离”超声振动加工新模式,建立了蛇行超声振动切削断屑理论及超声振动滚压分离增塑理论,揭示了其降热降力机理和提高加工质量机制,该方法与目前生产采用的最优加工相比,相同材料去除量、去除率及热损伤容限下,突破难加工合金切削速度限,实现了走刀精细1倍以上,相同表面强化效果下静态滚压力下降3倍以上。 (2)针对蛇行高速分离超声振动加工中加工表面质量稳定性难题,发明了蛇行超声振动的精准控制技术。发现超声振动频率与主轴转速之比是控制表面质量稳定性的关键,还发现超声换能器在“偏固有机械谐振区”具有抗变频稳定谐振的能力,以及松耦合感应供电器漏感可以直接匹配换能器容抗,从而发明了振痕错位量和振动能量传输的精准控制技术,实现了超声振动加工表面振痕控制偏差小于5%、振动能量传输效率达到92%。 (3)针对超声加工装备的生产适用性问题,发明了可互换、小体积高效能超声振动加工装备。发明了高效能蛇行高速分离超声振动车床刀柄、铣床刀柄、制孔工具、滚压刀柄等四大系列超声振动加工系统,研发了新一代歼击机、舰载机、航空发动机的连接孔系、传动轴系、作动筒系等关键区超声振动加工装备,应用后与目前生产采用的最优加工相比,切削加工精度、表面粗糙度改善1级以上,滚压表面增寿效果提高1倍以上,加工质量完全满足型号设计要求。 该项目获授权发明专利53项,受理发明专利13项、发表SCI/EI检索论文51篇,其中6篇发表在Int J Mach Tools Manufact、IEEE Trans Ind Electron(IF=7.1)等行业权威期刊。鉴定评价:该项目总体技术达到国际先进水平,其中蛇行高速分离超声振动加工模式处于国际领先水平。 该成果已成为成飞、沈飞、东安、黎明等企业新一代飞机、发动机难加工合金高质加工的关键装备,实现了关键区加工质量瓶颈问题的突破,并市场化应用到700多家企业,近三年代表性企业新增销售额8亿元、新增利润0.7亿元。在新一代歼击机成功首飞中做出突出贡献而受到中航工业表彰,被国防科工局列为全国军工行业重点推广的关键制造技术,第一完成人发起并成立了中国机械工程学会超声加工技术委员会,推动了我国高端制造技术的发展。
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