为了了解低温微量润滑(CMQL)对难加工材料切削的刀具耐用度的影响,分别在不同润滑方式(干切削/浇注润滑/不同温度CMQL)和喷射方式(刀具内/外喷射)条件下,对镍基高温合金GH4169进行粗/精车削试验,然后分析比较不同条件对刀具耐用度的影响。结果显示CMQL刀具耐用度大于浇注润滑,CMQL可以改善镍基高温合金的切削性能;CMQL温度对镍基高温合金切削影响很大,温度越低,刀具耐用度越大;CMQL对刀具耐用度的影响和摩擦面稳定润滑油膜的形成有关;CMQL内喷射油雾的刀具耐用度大于外喷射。

GH4169与K4169分属变形镍基高温合金和铸造镍基高温合金,具有不同的成型工艺和热处理状态。开展了非涂层硬质合金刀具干切削GH4169和K4169的对比试验,从切削力、刀具磨损方面揭示了两种材料加工性能的差异,从力学性能及显微组织两方面解释了差异产生的原因。结果表明,试验各组参数下,两种材料切削力无显著差别;随着切削速度和进给量的增加,切削GH4169时刀具磨损形式由刀尖磨损过渡到后刀面均匀磨损最后转变成沟槽磨损,切削K4169时刀具失效形式主要为后刀面均匀磨损和沟槽磨损,并未出现严重的刀尖磨损,K4169组织中的C化物等硬质点是导致其切削力波动较大及刀具产生沟槽磨损的主要原因。

镍基高温合金磨削过程中磨削力是影响表面质量的重要参量。为构建磨削力有限元仿真预测模型,基于电镀磨头实际表面形貌,通过调用分布函数的方法,建立磨粒高度随机且整体服从二维高斯分布磨头整体模型,进行磨削过程有限元仿真与磨削力试验验证。结果表明:磨头整体模型具有真实磨头的随机特性,优势在于充分考虑多磨粒相互作用的磨削特性;磨削仿真过程中可观察到划擦、耕犁、切屑成形3个典型阶段,高度还原实际磨削过程;磨削力试验与仿真的单位宽度切向与法向磨削力在不同参数下变化趋势相同,平均误差分别为8.2%和8.6%。仿真模型对镍基高温合金磨削力有很好的预测效果。

镍基高温合金是多元素组成的合金,车削变形复杂,车削温度极不好掌控,刀具和工件中产生的热通量对工件和刀具磨损有较大影响。建立车削过程仿真模型,提取热通量数据,对数据进行分析处理;建立车削过程神经网络模型。结果表明:将工件热通量、刀具热通量分别作为单一变量进行极差与方差分析,吃刀量是影响热通量的重要因素。将工件与刀具热通量相结合作为双变量,建立神经网络模型,验证了吃刀量是决定性因素;通过神经网络内部的隐藏函数,得到了分析误差与重要性的正态分布图;通过MATLAB求得隐藏函数,该函数与吃刀量拟合度较高。

利用ABAQUS有限元仿真软件建立了镍基高温合金GH4169薄壁件钻削模型,分析钻削GH4169薄壁件过程中的薄壁变形和应力变化。根据钻削过程中钻头下方工件材料的应力及变形特点将其钻削过程分为5个阶段:第1阶段,工件变形以整体弹性下凹变形为主,并在钻头横刃旋转接触圆形区域下方发生了局部塑性形变;第2阶段,在制孔区以塑性变形为主,在非制孔区弹性变形量大于塑性变形量;第3、第4、第5阶段工件变形相差不大,在孔口边缘形成了较大的材料外翻,其余部分形成了一定的塑性变形。在钻头横刃刚与薄壁件接触时,钻头横刃与薄壁件接触部分表现为应力集中;随着钻头的向下进给,钻头后刀面与薄壁件呈面接触,应力波开始以大致为圆形的波形扩散在薄壁件上,随后以近似方形传递到薄壁件四边。

为了对短电弧加工镍基高温合金材料过程中的材料去除速度,表面质量和电极损耗等工艺目标进行综合评价,在新型数控短电弧铣床设备上对峰值电流、脉冲宽度、占空比和电压等可调工艺参数进行正交试验,并运用灰色理论进行试验数据的分析。将复杂多变的多工艺目标转换为单一评价指标,即灰关联度。该方法很大程度地简化了试验过程,最终得到最优工艺参数组合方案。试验结果表明：得到的参数组合能够在保证表面质量的前提下提高短电弧加工效率并降低电极损耗率。

为了保证航空发动机叶片冷辊轧过程数值模拟的可信度,需要获得准确的材料本构模型。针对叶片辊轧过程大塑性变形,几何、材料、边界条件非线性的特点,通过对本构理论的研究,找到了适合于叶片辊轧过程的Yoshida-Uemori本构模型。为了确定本构模型中的材料参数,设计了叶片材料镍基变形高温合金GH4169在不同状态下的力学性能实验。通过实验所得数据,分析了GH4169合金的变形特点,确定了Yoshida-Uemori本构模型中的待定参数,并且发现GH4169合金在不同状态下的力学性能具有明显差异。

为探究低温冷风微润滑这种绿色加工技术应用于难加工材料时的效果,对难加工材料GH4269在干式、浇注式和低温冷风微量润滑条件下进行仿真模拟与切削试验。用ABAQUS对GH4169在3种方式下切削力和切削温度进行仿真;设计多因素正交实验对仿真结果进行验证。通过比较不同润滑方式对切削力及切削温度的影响,得出影响曲线图,从而揭示难加工材料GH4169在车削过程中切削力的变化情况,为实际的生产加工积累和提供基础数据。