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航天航空技术范文1
关键词:3D打印技g;航空航天材料;智能化设计;作用
中图分类号:TP399 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)01-0103-01
随着科学技术的不断发展,航空航天领域也呈现出前所未有的发展新态势。航空航天材料的设计也在向多样化、智能化及信息化方向发展。但是在材料的设计过程中仍然面临着设计成本高、设计精确度要求高等问题,这就要求设计者们必须严密地设计出需要的航空材料,并且尽可能地减小误差,这也给设计者带来了很大的技术难题。3D打印技术为此类问题的解决提供了新的方案[1]。
1 3D打印技术的概念及发展特点
1.1 3D打印技术的概念
3D打印技术即一种快速打印样品成型技术。其原理是将金属粉末或塑料粉末等当做打印“墨”,根据数字模型要求,再通过逐层打印的方式打印出成品,这种技术在国外也被称为“增材制造”。3D打印技术的发展得益于计算机技术的不断创新与突破,其打破了传统打印的意义。此外,随着3D打印技术的不断完善与成熟,其越来越多地应用于生活、社会活动以及高科技等各个方面,诸如航天航空领域,对于我国高科技的发展有着重要的意义。
1.2 3D打印技术的发展特点
3D打印技术发展历程大致如下:1984年的基于数字资源的三维立体模型打印技术、1993年发明的3D印刷技术(3DP)、1996年具有真正意义上的的“3D打印机”问世、2005年第一台彩色“3D打印机”――Spe问世、2010年可以打印整个身躯轿车的“3D打印机”出现、2011年能够打印飞机的“3D打印机”出现。3D打印技术在不断朝着复杂、多样化以及高科技等领域的方向发展。因为其不需要传统的机械加工或制造模具就能直接根据计算机图形数据生成任何形状的物体,极大地缩短了产品的生产周期,提高了产品的生产效率。这对航空航天材料的智能设计起着很大的作用[2]。
2 3D打印技术运用于航空航天材料设计上的优势
2.1 节省材料
一个飞机机身的模型需要许多零件和部分组成,而应用3D打印技术之后,不用剔除航空材料的边角料,提高了材料的利用率。此外,3D打印技术取代了传统的大规模、占用空间以及耗人力等的生产线,从而最大化地节省了材料,降低了成本。
2.2 制作材料精度高
材料的精确设计是确保航天航空领域安全发展以及快速发展的最基本要求。而传统的材料设计技术无法保证人为的错误以及将误差降到最低等,这就限制了航天航空的发展。因此,3D打印技术运用于航天航空领域时,给航空航天的智能化材料设计带来的将是质的飞跃与创新。
2.3 无需传统模具
3D打印技术在智能化材料设计过程中不用使用传统的刀具、机床以及其他磨具,通过将产品的外形等通过计算机技术如AUTO CAD技术设计出来,然后直接打印生成实物产品。这在很大程度上简化了传统磨具下的制造工艺。
2.4 缩短材料制作周期
3D打印技术可以自动、快速、直接和精准地将计算机中的三维设计转化为实物模型,甚至能够直接制造零件和模具,绕过了传统的制造工序,从而有效地缩短了材料设计的研发与制作周期。
3 3D打印技术对航空航天材料智能化设计的促进作用
3.1 促进了航空航天材料设计技术的革新
3D打印技术的运用加快了其材料智能化的设计进程,打破了传统的设计思维和方法,使得航天领域设计技术的不断发展及完善,更是将高科技与制造业设计的结合推向了一个新的高度,加快了智能设计技术的发展与革新。
3.2 促进了航空航天材料设计成本的降低
在航空领域,不管是创新设计还是机械制造,都需要严密规整的模型。在造一架飞机时,要经过无数的模型模拟,而每一次模型的制造以及模拟都需要很大的财力支持。而应用3D打印技术,这种资金消耗将得到大幅度降低。3D打印技术依靠高精确度使得设计时模型能够精准使用物料,这使得设计材料时所使用的资金的到合理的运用。
3.3 促进了航空航天材料设计的创意性发展
在航空航天领域,其运用3D打印技术可以促进材料设计的智能创新,可以促进飞机机身的多形状化发展、零件的多颜色发展等。在使用3D打印技术之后,我们有理由期待一种更先进更具有创意性的航空航天产品。
3.4 促进航空航天材料设计的人性化发展
运用3D打印技术实现材料设计智能化之后,材料制作可以向着个性化、多样化方向发展,例如:我们可以根据每家航空公司理念等的不同设计出富有个性化、突出其理念的产品,而不是趋同的制作,比如航天飞机上的座椅可以根据员工的操作习惯以及身体结构量身“3D”打造。这体现出材料制作的个性化,而这得益于3D打印技术的运用。
4 结语
综上所述,笔者认为基于计算机技术的3D打印技术以其高精确度、高生产率等特点将快速融入航空航天领域材料的智能化设计。但是,目前该技术仍然存在着强度低、材料存在局限性等缺点,因而其应用范围还不是太广泛。不过我们相信,3D打印技术的进一步完善会深刻的影响我们生活。
参考文献:
航天航空技术范文2
前言
激光技术作为科学技术发展的重要产物,对带动相关行业领域的发展具有不可替代的作用。但较多领域如航空航天、机械加工在应用激光技术中,并未取得良好的效果,究其原因在于未使激光技术中较多技术手段的优势发挥出来,这就要求实际运用正确认识激光技术的本质并结合具体行业要求进行技术手段选择。因此,本文对航空航天领域、机械加工行业中现代激光技术的运用研究,具有十分重要的意义。
机械加工行业中激光技术的运用分析
a打标与切割技术的运用
机械加工行业中,一般对设备产品进行特殊符号、标记的设计都要求利用到激光打标技术。该技术应用极为广泛,如机械加工行业中的仪表、仪器、量具、汽车工业以及电子工业等,都涉及到打标工作。一般打标技术涉及到的对象多集中在印刷电路板、合成材料、橡胶、陶瓷、塑料、铝合金以及不锈钢等方面。另外,机械加工过程中往往也涉及较多材料处理工作,此时便要求引入切割技术,其主要通过聚焦镜的应用融化材料,并在激光束作用下将熔化材料吹走,这样便有相应的切缝形成。现代机械加工领域中,都将激光切割技术作为高新加工方式,能够使传统切割过程中变形过大、缝隙过大以及操作时间较长等问题得到解决。
b焊接与淬火技术的运用
关于激光焊接技术,其实质为将设备构件至于激光下,使构件能够连接为一体。将该技术引入机械加工领域中,其优势主要表现在对多种类型金属都可进行焊接,的 且焊接后不会出现凹陷或其他变形现象,整个焊缝在外表上极为美观。目前机械加工领域中焊接技术的运用主要表现在两方面,即:①焊接金刚石锯片,可直接利用该技术实现;②对壳体类零件、汽车板以及钢板等,可利用激光焊接技术。该技术的运用对于解决传统机械加工中焊接质量不高、焊接表面美观性差等问题可起到明显的作用。另外,在淬火技术运用方面,其主要对工件表面利用高能激光进行扫描,这样整个工件面温度上升极快,且可瞬间自冷。所以其优势集中表现为:①相比一般淬火硬度,激光淬火方式下的制品将超出其15%左右;②加工时间较短,且可直接利用计算机对整个操作进行控制,具有一定的自动化加工特点,生产效率极高;③技术应用下不会产生较多的污染,且不必引入冷却介质便可快速完成低温淬火。
c熔覆技术与打孔技术的运用
对于机械加工领域中的再制造工程,常涉及到旧设备修复工作,而设备修复的主要技术便以激光熔覆为主。实际应用过程中,可直接对旧设备二次加工,提升设备的使用性能,能够满足现代企业发展中资源节约的要求。另外,机械加工领域中的激光技术,也表现在打孔技术方面。一般对于较软材料、金属材料或非金属材料等,往往需进行不同类型孔的加工,该过程中便可引入打孔技术。从打孔技术应用的优势看,主要表现在打孔精密度较高,能够准确定位中心孔,且能够自由控制打孔深度,不会产生较大的变形问题。
航空航天领域中激光技术的运用分析
a航空航天工业中激光焊接的应用
一般该工业较多零部件的焊接多引入铆接方式,其应用下尽管能够熔铝合金材料,但由于热处理效果较差,极易导致晶间裂纹的产生。而将激光焊接方式引入,这些问题可直接得到解决,且整个机身制造过程都得以简化。相关实践研究发现,利用激光焊接取代铆接工艺,其可使机身自重降低许多,这样相应的制造成本也会节约,可见激光焊接的作用极为明显。此外,该工业领域中,对于零件冷却孔打孔工作,要求引入激光打孔方式,其成本较低且打孔效果较高。
b航空航天工业中激光切割的应用
传统用于该工业中的切割手段很难保证外壳材料得到有效处理,原因在于外壳材料多具有硬度高、强度高等特点。而在激光切割技术运用下,许多如发动机机匣、主旋翼、尾翼壁板以及蒙皮等自带处理中都可起到良好的效果。
c航空航天工业中表面与成形技术的应用
由于航空发动机较多构件在价格上较为昂亏,若不断更换将会耗费极多的成本,因此可引入激光表面技术,对受损的构件进行修复,如发动机叶片受损后,便可采取表面技术中的三维修复措施,可保证修复后的构件整体性能不受到影响。由此可见,航空工业中的构件制造与修复很大程度需依托表面技术、成形技术来实现。
结论
现代激光技术的运用为航空工业以及机械加工工业提供坚实的技术保障。实际应用中,应结合具体的行业领域要求,合理选择相应的技术手段,如机械加工领域中的焊接、打标打孔以及切割等,以及航空工业中焊接、切割、成形与表面技术等,确保激光技术作用得到充分发挥,才能推动相关行业领域的快速发展。
参考:
[1]马付建.超声辅助加工系统研发及其在复合材料加工中的应用[D].大连理工大学,2013.
航天航空技术范文3
ISSN Print: 2473-6708
ISSN Online: 2473-6724
Aims & Scope
Advances in Aerospace Science and Technology (AAST) is an open access journal. The goal of this journal is to provide a platform for researchers and practitioners all over the world to promote, share, and discuss various new issues and developments in all areas of Aerospace Science and Technology.
All manuscripts must be prepared in English and are subject to a rigorous and fair peer-review process. Generally, accepted papers will appear online within 3 weeks followed by printed hard copy. The journal publishes papers including but not limited to the breakdown of topics in 4 Dimensions: 1. Classification, 2. Life Cycle, 3. Usage, 4. Perspective. See below:
Dimension 1: Classification – Aeronautics, Astronautics, Aerospace Sciences
Aerospace is by definition broken down in Aeronautics and Astronautics. In addition different Aerospace Sciences have to be differentiated which have an application to both – air AND space.
Aeronautics
Aircraft
o Manned Aircraft (powered)
§ Heavier than Air Vehicles
- Fixed Wing Aircraft (subsonic, supersonic, transonic and hypersonic)
- Rotorcraft (helicopter, autogyro, gyrodyne)
§ Lighter than Air Vehicles
- Airships (blimps and Zeppelins)
o Unmanned Aircraft (powered)
§ Unmanned Aerial Systems (UAS)
§ Missiles
o Unpowered Flight
§ Gliders
§ Kites
§ Balloons (moored and free)
o Human Powered Flight
o Animal Flight
Aircraft Construction and Design
o Overall Aircraft Design (OAD)
o Airframe
§ Fuselage
§ Wing
§ Tail
§ Undercarriage
o Engines / Propulsion
§ Piston Engine
§ Turboprop
§ Turboshaft
§ Jet
o Systems
§ Avionics
- Aircraft Avionics
- Mission Avionics
§ Utility Systems
- Secondary Power Systems
- Protection Systems
- Cabin Systems
- Fuel Systems
- Flight Control Systems
- Landing Gear Systems
Air Transportation
o Airport Planning, Operation, Management
§ Airside
§ Landside
o Airline Planning, Operation, Management
§ Fleet Planning
§ MRO Management and Spares Logistics
§ Flight and Ground Crew Management
§ Marketing
§ Airline Partnerships
§ Airline Finances
o Air Traffic Management (ATM)
§ Air Space Management (ASM)
§ Air Traffic Flow Management (ATFM)
§ Air Traffic Services (AIS)
- Air Traffic Control (ATC)
- Flight Information Service (FIS)
- Alerting Service (ALRS)
Aeronautics and Society
o History of Aeronautics
o Aviation Law
o Aviation Accident and Incident Investigation
o Environmental Aspects of Aviation
Astronautics
Spacecraft
o Launch and Reentry Vehicles
o Satellites
o Orbital and Mission Spacecraft, Space Stations
Spacecraft Construction and Design
o Overall Spacecraft Design
o Structures
o Propulsion
o Systems
§ Astrionics
§ Utility Systems
§ Photovoltaics
o Payload
o Space Suits
Spacecraft Operation
o Ground Infrastructure
o Space Infrastructure and Robotics
Astronautics and Society
o History of Astronautics
o Space Law
o Space Debris
o Aerospace Philosophy (mostly space)
Aerospace Sciences (for Air and Space)
Aircraft and Spacecraft Design
o Interior and Exterior Design
o Multidisciplinary Design Optimization (MDO)
Materials and Lightweight Structures
o Strength of Materials and Structures
o Aeroelasticity and Structural Dynamics
o Manufacturing
Fluid Dynamics and Thermodynamics
o Experimental and Numerical Aerodynamics (CFD)
o Thermal Management
o Acoustics
Flight Mechanics and Flight Guidance
o Aircraft Performance
o Aircraft Stability and Controls
o Navigation
o Astrodynamics
o Flight Simulation
o Flight Testing
Avionics and Mission Technologies
o Remote Sensing and Data Transmission
o Data Processing and Automation
o Software Engineering
Sciences applied to Aerospace Systems
o Heating, Ventilation, Air Conditioning and Refrigeration (HVAC&R)
o Mechanical and Electrical Engineering
o Human Factors and Ergonomics (HF&E)
o Hydraulics and Pneumatics
o Kinematics
o Sanitation
Systems Engineering and Management
o Air and Space Economics
o Security, Safety, Reliability and related Human Factors
o Project and Quality Management
o Airworthiness, MRO
o Documentation and Knowledge Management
Air and Space Medicine
Dimension 2: Life Cycle
Aerospace products during their whole life cycle from research, development, design, production, operation, maintenance, repair, overhaul (MRO) up to end-of-life.
Dimension 3: Usage
Civil and military usage is considered for air and space. For e.g. aeronautics we consider:
Civil Aviation
o General Aviation
o Scheduled Air Transport
o Non-scheduled Air Transport
o Experimental Aviation
o Model and Scaled Aircraft
Military Aviation
o Combat
o Noncombat
Dimension 4: Perspective, Background, Economic Sector
Authors from all economic sectors are welcome. AAST papers should not only reflect a single background but eventually the whole spectrum of perspectives from all sectors. These sectors are:
Private Sector
o Primary Sector: Extraction of raw material
o Secondary Sector: Manufacturing (Original Equipment Manufacturer, Tier One, Tier Two, ...)
o Tertiary Sector: Services (Operator, Maintenance Organization, ...)
Public Sector
o State-Owned Corporation
o Government Agency
o Research Establishment
o University
§ Research
§ Teaching
Civic Sector (NGO, NPO, ...)
General Public (Passenger, Consumer, ...)
We are interested in:
Original Research Papers.
Comments where an author can present an idea with theoretical background but has not yet completed full research needed for an original paper, likewise a useful method, a small finding or discovery.
Reviews in all aspects of Aerospace Science and Technology.
航天航空技术范文4
【关键词】航空航天制造业;板块股票;政府扶持政策
航空航天制造业在经济发展中占有十分重要地位,对国防产业也有举足轻重的作用,并能推动其他相关产业的发展,研究其板块变化也有着实际的经济意义和预测价值。但是,我国航空航天制造还存在技术限制、人才培养质量不高等因素限制,上市规模还相对较小,加之我同证券股票市场尚不成熟和稳定,因此有必要借鉴国外的运营理论和管理模式,总结出适合我国国情的道路。
一、航空航天板块的发展前景
航天航空制造业是我国的军事保障,是一个国家综合实力的体现,其稳定健康的发展有着极其重要的意义。政府也必会对其发展做出扶持政策,对其进行监管和调控,保持其板块价格波动幅度不会太大,从航空板块的见涨,和各大相关股票价格良好发展趋势,利润总额不断增长可以看出我国政策扶持起到了极其重大的作用。而同时航空航天上升到国家利益层次方面,不会产生垄断寡头市场,所以不管股市如何产生巨大波动,该板块也不会因股市影响产生较大不稳定、无规律的变化。
二、政府扶持对航空航天板块的影响
从国家政策层面,通航产业正面临前所未有的历史机遇。2013年12月10日,国务院《关于消息和下放一批行政审批项日的决定》,民航局取消了国内通航企业承担境外通航业务的审批。2013年11月18日,中国人民总参谋部和中国民用航空局联合了《通用航空飞行任务审批与管理规定》,指出军方将国防、领土不相关的通用航空飞行任务的审批权让渡了出来,从而在一定程度上的优化了对通航飞行的流程。
此外,工信部已经完成高端装备制造业五个重点发展方向,包括《航空装备制造业十二五规划》。同时,《民用飞机行业发展条例》也以法律形式明确的表面了对航空制造业的支持政策。在政策的实施下,航空航天制造业出现一片良好的局势。据行业报道:航天科技集团前10个月收入增长近20%,利润总额增长11%,航天科技大股东航天科工三院前10月利润同比增长29.2%。从板块上来看,军工板块继续明显跑赢大盘。兴业竣工板块加权涨跌幅6.7%.平均涨跌幅90/e,上证指数涨跌幅1.1%。航天科工集团和民参军板块明显跑赢其他板块,预示着投资者对其前景的看好。
三、政府扶持对航空航天板块的启示
1.健全股票市场
适合航天航空制造业发展的股市才是促进产业最快发展的道路,航空航天制造业属于一个国家战略性的发展工业,其必会在政策的引导下按预期的道路发展。由于我国股票价格传导的渠道发挥效应前提条件缺失制约了资本市场有效传导政策的效应,因此我国应借鉴西方发达国家经验,健全股票市场,采取有效措施。具体可以分为,(1)扩大股票市场规模,调整优化市场结构。发达国家航空航天股票市值占GDP比重较高,而我国日前比例尚且较低,造成了航天航空制造业不能最优质适合我国国情发展。另外,也可逐渐取消国有股,法人股,公众股不能互相流通的限制,鼓励利社会公民持股,这些建议也可提高该制造业股票的高效流通性,同时,政策适当凋控将减少股价大幅波动情况的产生。(2)提高该制造业龙头公司质量,健全股票发行于续。(3)规范信息披露制度,提高透明度。(4)减少军业及其相关制造业的资源浪费,保持最优质的资源利用率。
2.壮大航空航天产业
从航空航天产业的分布来看,北有沈阳、哈尔滨、石家庄,南有南昌,东有上海,西有西安、成都。产业分度在全国都有完善的发展和制度。同国外的军工巨头相比,国内的上市市场规模较小。可以有如下几个方面发展:(1)加强自主创新能力,推动制造业健康发展。只有拥有自主知识产权,形成系列化发展和良好规模生产,才能使其健康发展。(2)建立配套的政策扶持,将政策进一步优化和系统化,为其发展营造有力的政策环境。
总之,我国已经率先在航空航天和国防领域有了技术突破和创新产业升级。该产业发展前景良好,在未来10年里,证券市场的成熟稳定,为航空航天板块提供了良好的投资环境,航空航天产业将进入一个高速发展时期。只要我国政策的继续实施,不断的总结经验和在失误中吸取教训,不断的对航空航天扶持产生正向效应,我国的航空航天将会走在世界航空航天的最前列。
参考文献:
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航天航空技术范文5
“一分钟准备!”
“10、9、8、7、6、5、4、3、2、1!”
“点火!”
“起飞!”
随着指挥员的声声命令,只听震耳欲聋的一声巨响,火箭托举着“神舟”五号上天啦!当杨利伟从太空中发回来的第一句话时,每一位华夏儿女都欢呼雀跃,一种民族自豪感油然而升。我看着电视上那茫茫太空,心中钦佩不已,想道:如果有一天,我也可以飞上太空,在太空中遨游,俯视我们美丽的星球,那该有多好呀!从此,我暗暗下定决心,从现在开始,我一定要加倍努力,为中华民族的振兴而贡献自己的力量。
2005年10月12日,又传来了神舟六号飞船成功发射的好消息!此次两名优秀的宇航员——聂海胜、费俊龙在人们的关注下上了天,消失在云层中,10月17日成功着陆,树立了中国载人航天史上第二座里程碑。兴奋的人们奔走相告,为我国宇航事业的成功而自豪骄傲。他们在辉煌的背后经历了哪些故事呢?
我开始关注这些优秀的宇航员,并从心底敬佩他们,同时为我们伟大祖国而感到骄傲。从“神舟五号”到“神舟七号”问鼎太空,实现太空行走,标志着我国航天航空事业的成功,也见证了杨利伟、聂海胜、费俊龙们不断探索,不断进取、为祖国航天航空事业献身的伟大精神。我从新闻中得知,太空条件十分艰苦、恶劣,人在航天过程中要经受巨大的加速度、噪音、振动、失重、宇宙射线等不良因素影响,宇航员不仅要适应这种环境,而且还要完成复杂的驾驶、操纵、实验和观测任务。因此对航天员的训练非常严格,杨利伟每次在旋转运动中都负重8千克,常常感到头脑缺血、眩晕、心跳加速、呼吸困难,别人转3分钟就停下来了,他转15分钟;飞船上天前,每人要做十几次强化训练,每一次都是杨利伟第一个做,做完后,给教员提供哪些地方不合适,哪些操作不合理,修改后,下面的人再做……功夫不负有心人,他在在选拔赛各专业技术考评中获第一名,成为首位奔向太空的宇航员。
航天航空技术范文6
关键词:钛合金 航空 切削加工
中图分类号:V261.2
一、航空航天用钛合金的特点及应用
作为航空航天领域不断兴起的材料,钛合金有以下优势:
(1)比强度高。钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686-1176MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。
(2)高温性能优良。钛合金在高温下仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽。
(3)抗腐蚀性强。在550℃以下的空气中,钛表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,其耐蚀性优于大多数不锈钢。
二、航空航天用钛合金的切削加工现状
1、钛合金的切削加工性
钛合金是典型的难加工材料,其加工特性表现如下:
(1)钛合金的导热性差,是不良导热体金属材料。切削加工时,切屑与前刀面的接触面积很小,特别容易引起薄壁件的热变形。
(2)钛合金弹性模量低,弹性变形大。切削时接近后刀面处工件的回弹量大,导致已加工表面与后刀面的接触面积特别大,造成加工件几何形状和精度差、表面粗糙度增大、刀具磨损增加。
(3)钛合金的亲和性大、切削温度高。切削时,钛屑及被切表层与刀具材料咬合,产生严重的粘刀现象,容易引起刀具强烈的粘结磨损。钛合金的高温化学活性强,在600℃以上时,与氧、氮产生间隙固溶。吸收气体后钛合金表面的硬度明显上升,对刀具有强烈的磨损作用。
目前,我国的钛合金切削加工效率还比较低,生产中应用最多的硬质合金刀具推荐的切削速度在30-5Om/min,与国外相比还存在很大差距。
2、目前的钛合金切削加工工艺
现有的钛合金切削加工方式主要是车削和铣削。钛合金车削加工时易获得较好的表面粗糙度,加工硬化不严重,但切削温度高,刀具磨损快。钛合金的铣削加工比车削加工困难。因为铣削是断续切削,并且切屑易与刀刃发生粘结,当粘屑的刀齿再次切人工件时,粘屑被碰掉并带走
小块刀具材料,形成崩刃,极大地降低了刀具的耐用度。
在加工钛合金时,通常选择较小的前角,以增大切屑与前刀面的长度;选择较大的后角,以减小后刀面与加工表面之间的摩擦。为了降低切削温度,通常选用较小的切削速度和较大的切深,并使用切削液。切削速度过小导致材料去除率低下,增加了钛合金加工成本;较大的切深导致切削力增大,影响钛合金工件尤其是薄壁件的质量;切削液的使用增加了加工成本,造成环境污染,不符合绿色切削的要求。
目前,我国的钛合金加工缺乏有效的工艺数据库支持。在具体工艺安排和切削用量选择上,往往凭经验和“试切”来确定工艺参数。此外,我国刀具和切削液的国产化程度还比较低,制约了钛合金切削加工水平的提高。
三、钛合金切削加工的发展趋势
1、钛合金高速切削
高速切削能大幅提高钛合金加工效率,并保证零件加工质量。钛合金的高速槽铣和周铣实践证明,高速切削不仅能提高加工效率,还能有效提高被加工表面的质量。
钛合金高速切削具有以下优势:
(1)温升少,工件热变形小。高速切削虽然产热量多,但由于切屑从工件上切离的速度快,90%以上的切削热被切屑带走,传给工件的热量很小,工件积累热量极少,这对于减少钛合金热变形有重要意义。
(2)切削力低。切削速度高使得剪切变形区变窄,剪切角增大,变形系数减小和切屑流出速度快,从而使切削变形减小,切削力比常规切削力低30%~90%,特别适合于加工刚性差的航空用钛合金薄壁件。
(3)材料切除率高,加工表面质量好。高速切削时其进给速度可随切削速度的提高相应提高5一10倍,这样单位时间内材料的切除量可提高3}5倍。另外随着切削速度的提高,切屑可以被很快切离工件,故残留在工件表面上的应力很小。由于切削点温度的升高工件表面鳞刺的高度会显著降低甚至完全消失。
钛合金高速切削也面临着很多技术难题。高速导致加工表面温度急剧升高,由于钛合金导热性差,如不采取有效的降温措施,会使得钛合金和空气中元素发生化学反应,形成硬化层。高温烧蚀和切削力的增大造成刀具急剧磨损,使得力口工不能持续。
2、钛合金切削加工的高性能刀具
PCD刀具的性能很适宜于加工钛合金:(1)良好的导热性。金刚石的导热系数为硬质合金的1.5~9倍。由于导热系数及热扩散率高,切削热容易从刀具散出,故切削区温度低,这对于克服钛合金导热性差的问题有重要意义。(2)较低的热膨胀系数。金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍约为高速钢的1/10,在高温下,能够更好地保证钛合金工件的加工质量。(3)极高的硬度和耐磨性。
金刚石刀具在加工高硬度材料时耐用度为硬质合金刀具10~100倍甚至高达几百倍。使用金刚石刀具切削钛合金,能够有效延长刀具使用寿命。
3、钛合金绿色切削
传统的钛合金切削使用大量的冷却液,增加了制造成本,造成了环境污染,还会损害工人的身体健康。绿色切削可有效解决由切削液引起的各类问题。目前国内外对绿色加工的研究主要有绿色切削技术和绿色冷却技术。
绿色切削技术包括:干式切削、准干式切削、低温切削和绿色湿式切削。
干式切削可完全消除使用切削液导致的一系列负面影响,由于摩擦使工件和刀具的温度升高,导致刀具磨损加快,工件产生残留应力,同时会使得刀具和工件发生热变形,表面质量降低,因而不适用于航空航天用钛合金的加工。
准干式切削又称MQL(Minimal Quantity Lubrication)极微量技术,它是将极微量的切削油与具有一定压力的压缩空气混合并雾化后,喷射到加工区,对刀具和工件之间的加工部位进行有效的。使用的液很少,而效果却十分显著,既提高了工效,又不会对环境造成污染,是钛合金切削加工的有效途径。
绿色冷却技术是实现绿色加工的关键,主要包括:液氮冷却、蒸汽冷却、低温气体射流冷却以及喷雾射流冷却等。
液氮冷却采用液氮使工件、刀具或切削区处于低温冷却状态进行切削加工,是目前主要的低温加工手段。由于液氮冷却切屑收集困难,纯气体冷却时刀具没有得到等问题,制约了此种冷却方式的推广。有学者在此种方法基础上提出了钛合金低温喷雾射流冷却加工。低温喷雾射流冷却加工兼备了低温、射流冲击、充分汽化和使用最绿色的空气等几个要素。