答辩博士：侯源君
指导老师：左敦稳教授/博导
论文题目：钛合金梯形内螺纹振动挤压加工技术基础研究
答辩委员会：
主席：王耀华 教授/博导 中国人民解放军陆军工程大学
委员：孙序泉 研究员 南京第一机床厂有限公司
袁军堂 教授/博导 南京理工大学
曲宁松 教授/博导 南京航空航天大学
陈明和 教授/博导 南京航空航天大学
朱永伟 教授/博导 南京航空航天大学
左敦稳 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：陆俊华 副教授/硕导 南京航空航天大学
答辩时间：2020年08月28日14：30
答辩地点：南航明故宫校区15#341
学位论文简介：
螺纹是现代工业中最常用的连接方式，其质量和寿命是影响连接性能的重要指标。切削是螺纹制造中最常用的工艺。近年来，高强度、长寿命梯形螺纹在核电、海洋工程等领域的特殊要求，使传统切削工艺受到限制，挤压及滚压工艺开始应用于梯形螺纹加工中。目前，小直径普通三角牙内螺纹的挤压成形已比较成熟，但是对于牙型角（30°/29°）较小、牙顶较宽，且质量要求高、寿命要求长的梯形螺纹，其成形攻丝一直是一个难点。本文利用振动所具有的间歇、小应变量、高应变率优势来降低梯形内螺纹在挤压过程中的载荷，开展低频扭转振动挤压（LTVE）梯形螺纹工艺理论和实验研究。
论文的主要工作和成果如下：
(1)通过对LTVE工艺的理论分析，选择以挤压扭矩为最主要目标，同时为分析挤压过程螺纹的成形机理，构建了基于摩擦的梯形螺纹扭转振动挤压成形半解析模型，通过扭矩测试验证，证明该理论模型的可行性和准确性，揭示振动降低挤压扭矩适用于低频段。
(2)结合梯形螺纹的螺旋结构的特点，利用振动所具有的间歇、小应变量、高应变率优势，设计了机械式低频扭转振动挤压螺纹关键激振装置并开发了实验机床。
(3)对挤压和车削梯形内螺纹对比，发现LTVE工艺加工出的螺纹牙型饱满，牙顶在未满牙螺纹中出现“隆起”特征，在满牙螺纹中出现连续轻微起伏“褶皱”特征；牙底表面呈现塑性加工后的平坦无尖锐痕迹，粗糙度值低（Ra<0.4 μm）。
(4)LTVE工艺加工内螺纹可以在螺纹孔周产生残余压应力，无须二次挤压，即可达到强化的目的。为评估挤牙后残余压应力，利用增量切片法从应变测量中提取，给出了螺纹孔轴向、切向和法向的应力分布。
(5)在组织方面，揭示了经LTVE工艺制造的冷态梯形螺纹牙微观组织演变的动态机制，并测量了强化层深度达500 μm，螺纹的抗疲劳性能提升明显。
主要创新点归纳如下：
(1)提出了利用低频扭转振动技术挤压加工 Ti-6Al-4V合金梯形内螺纹，该工艺中丝锥的扭转振动属于强制振动，不会因为加工过程中出现的阻力突变而导致振动失效，并且可以有效降低挤压扭矩，改善牙型表面质量。
(2)根据成形丝锥接触压力滑移线场、振动摩擦系数和螺纹/工具接触面积，推导并获得了最大攻丝扭矩主要由强挤压阶段的预制孔直径、转速、频率和进给深度决定（振幅一定时），并且发现了刀具与工件之间的摩擦载荷是总攻丝扭矩的最大分量，为降低扭矩指明了方向。
(3)提出了一种运用于挤压梯形内螺纹内部残余应力测试的增量切片法（常用的X射线、超声波、磁场和钻孔方法难以连续准确地判断工件内部状况），并且利用该方法测量了LTVE攻螺纹后的轴向、切向和法向应力分布，为研究材料的抗疲劳性能提供了依据。
(4)揭示了经LTVE工艺制造的冷态梯形螺纹牙微观组织演变的动态机制。发现了经LTVE工艺加工后牙底附近SPD层（垂直于ED方向）晶粒组织呈三层梯度分布，主要以{0001}<10-10>择优取向。
