收藏本站
《南京航空航天大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

CFRP砂轮超高速磨削镍基高温合金的基础研究

杨路  
【摘要】:镍基高温合金具有优良的高温强度、热稳定性及热抗疲劳性,已在航天、航空、舰船等领域被广泛应用。然而,作为典型的高强韧难加工材料,镍基高温合金的磨削加工效率和加工质量较低,加工成本高。为了改善其磨削加工性,材料自身的改性以及加工工艺方法的创新不断向前发展。在保证砂轮寿命的前提下,如何进一步提高镍基高温合金的加工效率和加工质量,仍是镍基高温合金磨削加工研究所关注的问题。本文提出了采用碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer)基体砂轮(简称CFRP砂轮)超高速磨削镍基高温合金的研究构想,在理论层面,通过对镍基高温合金超高速磨削过程建模与仿真,揭示了超高速磨削材料去除机理;在技术层面,通过研制CFRP砂轮和超高速磨削试验装备,搭建了镍基高温合金超高速磨削试验平台;在试验层面,通过开展镍基高温合金超高速磨削工艺试验研究,论证了超高速磨削技术可以有效地改善材料的磨削加工性,实现了在砂轮寿命提升的同时,镍基高温合金磨削加工效率和加工质量有效提高的目标,进一步推广了镍基高温合金材料在航空航天领域的应用。主要研究工作包括:(1)基于材料本构关系分析了切屑形成过程的动力学特性;针对镍基高温合金开展了超高速磨削加工有限元仿真分析,通过研究磨屑形貌、等效应力、塑性应变与应变率、磨削力与力比、磨削温度以及加工表面残余应力与应变,结合速度效应与尺寸效应论述了超高速磨削对材料去除机理的影响,从理论层面论证了在提高材料去除率的同时超高速磨削可以有效改善镍基高温合金的加工质量。(2)从理论与试验角度论证了CFRP砂轮在高速超高速磨削中的优势;通过基体截面形状优化设计、CBN节块设计及强度校核,研制了超高速磨削用CFRP砂轮;砂轮动平衡及安全回转试验结果表明:研制的CFRP砂轮设计合理,可用于最高磨削速度为300m/s的超高速磨削工艺试验研究。(3)针对砂轮主轴系统总体结构方案,通过开展静刚度、陀螺效应下主轴系统临界转速、安装负载对主轴系统动态特性影响等研究,研制了超高速磨削主轴系统;在提出的超高速磨削试验装备总体设计方案基础上,开展了直线电机驱动平台、床身、冷却液供给系统以及安全防护等设计分析,开发了超高速磨削试验装备;通过整机性能测试与分析,验证了该试验装备总体符合设计要求,可满足镍基高温合金最高磨削速度为300m/s的超高速磨削试验研究要求。(4)CFRP砂轮超高速磨削镍基高温合金的工艺试验研究表明,通过提高砂轮线速度和工件进给速度,镍基高温合金单位宽度材料去除率可达Q_w~’=8.4mm~3/(mm·s),磨削比提高50%以上,磨削工件表面粗糙度、表面轮廓及表面层硬化都呈明显变好的趋势,表面粗糙度R_a始终在0.4μm以下,论证了超高速磨削可以显著改善镍基高温合金材料的加工状态,在提升砂轮寿命的同时,可实现加工效率和加工质量的进一步提高。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG580.6;TG132.3

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 傅玉灿;田霖;徐九华;杨路;赵家延;;磨削过程建模与仿真研究现状[J];机械工程学报;2015年07期
2 徐九华;张志伟;傅玉灿;;镍基高温合金高效成型磨削的研究进展与展望[J];航空学报;2014年02期
3 张尊礼;史凤岭;张凡云;牛静;郭殿品;吴自然;施国梅;;热处理制度对GH4169冷轧叶片组织性能的影响[J];材料科学与工艺;2013年04期
4 杨晓君;赵万华;刘辉;张会杰;;直线电机进给系统机械系统动态特性研究[J];西安交通大学学报;2013年04期
5 韩斌慧;冯家鹏;满子良;;改善高温合金切削加工性能的研究[J];煤矿机械;2012年10期
6 孔永华;刘瑞毅;陈国胜;谢黎雄;朱世根;;不同固溶处理对GH4169合金常温拉伸性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2012年S2期
7 王堃;孙程成;钱锋;王玮;郑巍;;基于激光干涉仪的数控机床定位精度检测与误差补偿方法[J];航空制造技术;2010年21期
8 邓朝晖;万林林;张荣辉;;难加工材料高效精密磨削技术研究进展[J];中国机械工程;2008年24期
9 陈涛;盛晓敏;宓海青;;40Cr超高速磨削工艺实验研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2007年10期
10 陈勇平;唐进元;;磨削加工中的尺寸效应机理研究[J];中国机械工程;2007年17期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 田霖;基于磨粒有序排布砂轮的高速磨削基础研究[D];南京航空航天大学;2013年
2 张磊;单程平面磨削淬硬技术的理论分析和试验研究[D];山东大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘勇涛;高速超高速磨削用CFRP砂轮的设计与制造[D];南京航空航天大学;2016年
2 李凯;机床用直线电机设计及其关键技术研究[D];沈阳工业大学;2013年
3 任耿鑫;电火花磨削复合加工镍基高温合金的研究[D];东北大学;2012年
4 李峰;镍基高温合金高效磨削砂轮磨损研究[D];南京航空航天大学;2012年
5 沈峥嵘;镍基铸造高温合金K424电解磨削复合加工试验研究[D];南京航空航天大学;2012年
6 薛克祥;高温合金超声磨削机理的研究[D];东北大学;2011年
7 程泽;单颗磨粒高速磨削镍基高温合金机理研究[D];南京航空航天大学;2011年
8 徐鹏;CBN砂轮高速磨削镍基高温合金实验研究[D];南京航空航天大学;2011年
9 陈珍珍;TiN颗粒增强银基复合钎料钎焊CBN磨粒的研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 许敏;机床固定结合面动态与热态特性分析[D];东南大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 芮执元;张国涛;冯瑞成;唐余林;李海燕;;双驱进给系统的刚柔耦合模型及参数优化[J];兰州理工大学学报;2015年04期
2 Fu Yucan;Ge Ende;Su Honghua;Xu Jiuhua;Li Renzheng;;Cold expansion technology of connection holes in aircraft structures:A review and prospect[J];Chinese Journal of Aeronautics;2015年04期
3 蔡斐;葛建平;;《航空学报》50年[J];航空学报;2015年08期
4 奚欣欣;丁文锋;刘敏;王训扬;;高速磨削颗粒增强钛基复合材料的热分配分析[J];金刚石与磨料磨具工程;2015年03期
5 肖军民;谢晋;;20CrMnTi高速外圆磨削试验研究及参数优化[J];机床与液压;2015年11期
6 林献坤;王传君;王益涵;;高速直接进给轴伺服动刚度的测试研究[J];制造技术与机床;2015年05期
7 张建国;王永明;孙艳萍;陈佳慧;;无余量精铸叶片叶型轮廓检具测具的设计[J];特种铸造及有色合金;2015年04期
8 傅玉灿;田霖;徐九华;杨路;赵家延;;磨削过程建模与仿真研究现状[J];机械工程学报;2015年07期
9 万莉平;张军;郑天池;鞠家全;郭永海;邱自学;;直驱型高速数控机床进给系统设计分析及实验[J];组合机床与自动化加工技术;2015年03期
10 王春光;王东哲;万红;葛锋;刘微;刘虹;黄敏;;锻造及热处理工艺对GH4169合金组织与性能的影响[J];锻压技术;2014年12期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张彦彬;植物油基纳米粒子射流微量润滑磨削机理与磨削力预测模型及实验验证[D];青岛理工大学;2018年
2 杨路;CFRP砂轮超高速磨削镍基高温合金的基础研究[D];南京航空航天大学;2017年
3 戴晨伟;单层钎焊超硬磨料砂轮地貌演变与磨粒切厚分布研究[D];南京航空航天大学;2017年
4 王德祥;滚动轴承内圈滚道磨削残余应力研究[D];山东大学;2015年
5 江京亮;滚动轴承滚道磨削表面形貌及变质层研究[D];山东大学;2014年
6 郭国强;油井管非API螺纹量规成形磨削加工质量控制基础试验与应用研究[D];上海交通大学;2014年
7 田霖;基于磨粒有序排布砂轮的高速磨削基础研究[D];南京航空航天大学;2013年
8 赫青山;热管砂轮高效磨削加工技术研究[D];南京航空航天大学;2013年
9 张莹;单程平面磨削淬硬工件变形及淬硬层深度均匀性研究[D];山东大学;2013年
10 詹友基;陶瓷结合剂金刚石砂轮高速磨削硬质合金的机理研究[D];华侨大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘佳兰;精密数控磨齿机热特性建模分析和结构优化研究[D];西安理工大学;2018年
2 田腾腾;对盲孔内表面精密研磨的试验研究[D];辽宁科技大学;2018年
3 马再权;不锈钢侧面电解机械复合抛光工艺试验研究[D];浙江理工大学;2018年
4 任少翠;纳米粒子射流喷雾冷却条件下高温镍基合金磨削温度场理论与实验研究[D];青岛理工大学;2018年
5 周义成;双驱进给系统动态特性评价及优化设计[D];南京理工大学;2018年
6 孙晓帅;颗粒增强铜基制动材料磨削机理的仿真与试验研究[D];大连交通大学;2017年
7 王宇星;车铣复合加工中心床身动态特性分析和优化设计[D];济南大学;2017年
8 轩庆庆;CuSnTi活性钎料组织性能分析及非晶态钎料钎焊金刚石研究[D];机械科学研究总院;2017年
9 陆海强;工程陶瓷的热力效应微细加工技术研究[D];江苏大学;2017年
10 潘辛禹;C/C复合材料与TC4的钎焊工艺及机理研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田霖;傅玉灿;杨路;徐九华;李海燕;丁文锋;;基于速度效应的高温合金高速超高速磨削成屑过程及磨削力研究[J];机械工程学报;2013年09期
2 李振荣;田素贵;陈礼清;刘相华;;直接时效热连轧GH4169合金的力学性能与变形特征[J];材料科学与工艺;2013年01期
3 罗恒军;谢静;齐占福;程槿;沈文涛;刘晓飞;;GH4169涡轮盘晶粒度控制技术研究[J];大型铸锻件;2012年02期
4 康文利;;高温合金的切削加工分析[J];装备制造技术;2010年09期
5 陈錞;林畅江;;不同介质下高速切削高温合金时刀具磨损的研究[J];现代制造工程;2010年07期
6 孔永华;李龙;陈国胜;朱世根;;不同热处理工艺对GH4169合金组织及性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2010年S1期
7 韩荣第;张悦;杨占军;李鹏;王扬;;水蒸气冷却润滑时高温合金的绿色切削试验[J];南京航空航天大学学报;2010年01期
8 张克贵;;高速铣削铁基高温合金的试验研究[J];制造技术与机床;2009年12期
9 韩荣第;王辉;刘俊岩;王扬;;绿色切削Ni基高温合金GH4169刀具磨损研究[J];润滑与密封;2008年08期
10 张红霞;陈五一;马建峰;;SG砂轮磨削航空合金温度研究[J];工具技术;2008年02期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 刘鹏;超硬刀具高速铣削钛合金的基础研究[D];南京航空航天大学;2011年
2 谢桂芝;工程陶瓷高速深磨机理及热现象研究[D];湖南大学;2009年
3 李曙生;新型单层钎焊金刚石砂轮磨削工程陶瓷的基础研究[D];南京航空航天大学;2008年
4 张磊;单程平面磨削淬硬技术的理论分析和试验研究[D];山东大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 牟晓杰;扁平型永磁直线同步电机进给系统热态特性的研究[D];浙江大学;2012年
2 岳海金;高温合金的电火花磨削加工研究[D];东北大学;2011年
3 徐鹏;CBN砂轮高速磨削镍基高温合金实验研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 杨卫亮;316L不锈钢的低温切削研究[D];太原科技大学;2010年
5 张欣耀;精密微小孔电解磨削复合扩孔加工技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 肖鹏;钛合金TC4超高速磨削表面完整性的研究[D];湖南大学;2009年
7 范仲俊;超声复合微细电解、电火花加工应用基础研究[D];扬州大学;2009年
8 苏旭峰;高温合金涡轮叶片缓进磨削工艺研究[D];上海交通大学;2009年
9 聂永峰;永磁直线同步电机设计研究[D];上海交通大学;2009年
10 束宏飞;砂带页轮磨抛加工钛合金的试验研究[D];南京航空航天大学;2009年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢伟东;闫咏博;;机械制造中超高速磨削技术的探讨[J];时代农机;2017年12期
2 杨朝辉;;超高速磨削技术在机械制造领域中的应用[J];科技风;2014年18期
3 熊默根;;在机械制造中超高速磨削技术的应用分析[J];门窗;2014年11期
4 顾静;;分析超高速磨削技术在机械制造领域中的应用[J];考试周刊;2015年23期
5 孙承双;;超高速磨削技术在机械制造领域中的应用[J];科技创业家;2014年02期
6 张文学;;超高速磨削技术在机械制造领域中的应用研究[J];企业技术开发;2014年06期
7 杨煦;;超高速磨削技术及其在机械制造领域中的应用[J];硅谷;2013年20期
8 陈川雄;;关于机械制造中超高速磨削技术的探讨[J];科技创新与应用;2013年10期
9 于海涛;杜瑞雪;;机械制造领域中超高速磨削技术的应用[J];煤矿机械;2012年04期
10 王永新;;论机械制造中的超高速磨削技术[J];科技资讯;2012年24期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 熊万里;蔡海翔;吕浪;宓海青;;超高速磨削主轴系统的机电耦合动力学特性[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
2 陈剑斌;方棋洪;章亮炽;;超高速磨削残余应力分布及其离散度研究[A];中国计算力学大会2014暨第三届钱令希计算力学奖颁奖大会论文集[C];2014年
3 赵恒华;高兴军;蔡光起;;超高速磨削的比磨削能研究[A];全国生产工程第九届年会暨第四届青年科技工作者学术会议论文集(二)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 李璀 唐珍名 本报记者 徐兰山;打磨“中国创造”的精度[N];科技日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杨路;CFRP砂轮超高速磨削镍基高温合金的基础研究[D];南京航空航天大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 严勇;金属材料超高速磨削温度场的有限元仿真[D];湖南大学;2009年
2 张亮;超高速磨削试验装备性能评价和优化[D];南京航空航天大学;2017年
3 赵狄;超高速磨削风冷结构设计与流场分析[D];太原理工大学;2015年
4 郭胜安;超高速磨削电机内置式液体悬浮电主轴结构及性能优化研究[D];湖南大学;2012年
5 肖鹏;钛合金TC4超高速磨削表面完整性的研究[D];湖南大学;2009年
6 张磊;超高速磨削温度的有限元仿真研究[D];东北大学;2015年
7 江志顺;超音速火焰喷涂WC-Co涂层高速/超高速磨削试验研究[D];湖南大学;2014年
8 侯金涛;高温合金超高速磨削机理的研究[D];东北大学;2010年
9 王学智;超高速磨削用液体动静压轴承支撑特性分析[D];东北大学;2012年
10 赵家延;超高速磨削试验装备静动态特性研究[D];南京航空航天大学;2015年
中国知网广告投放
相关机构
>南京航空航天大学
相关作者
>杨路
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026