答辩博士：余 泽
指导老师：左敦稳 教授
论文题目：钛合金大倾角薄壁异形群孔高效加工技术研究
答辩委员会：
主席：
王耀华教授天津大学
委员：
袁军堂教授南京理工大学
左敦稳教授南京航空航天大学
卢文壮教授南京航空航天大学
徐 锋教授南京航空航天大学
孙玉利教授南京航空航天大学
朱永伟教授南京航空航天大学
秘书：
李 军教授南京航空航天大学
答辩时间：
2021年06月10日15：00
答辩地点：
南航明故宫校区17#401
学位论文简介：
钛合金大倾角薄壁群孔结构具有强度高、质量轻、稳定性好、耐腐蚀及隐身性好等优点，在现代航空领域具有广泛的应用前景。但由于其集难加工材料与难加工结构于一身，给高效精密制造带来了极大挑战。相比于切削加工，特种加工是难加工材料与结构的更有效加工方法。本文提出一种面向异形群孔高效加工的“电火花加工（EDM）+磨料流光整（AFM）”组合加工方法，探索钛合金异形群孔电火花加工及磨料流光整去除再铸层的工艺规律，开展分布成组电极设计以及组合加工参数的匹配优化研究，从而形成钛合金大倾角薄壁异形群孔的高效加工技术，为异形群孔结构件的高效精密制造提供新途径。
论文完成的主要工作和取得的成果如下：
（1）基于单因素试验及多因素工艺参数优化试验研究，获得了钛合金异形孔高效电火花加工参数。针对材料去除速度、相对电极损耗及表面粗糙度等工艺目标，开展了电极材料、粒径、极性、空载电压、伺服、峰值电流、脉冲宽度、占空比等单因素试验，掌握了各参数对加工效率的影响规律并通过正交试验设计获得了优化的工艺参数组合。验证结果表明：在满足表面质量的情况下，优化的参数组合提升钛合金电火花加工效率22.86%。
（2）研究了基于分布式成组电极的钛合金大倾角异形群孔高效电火花加工方法。开展了排屑方法对钛合金电火花深孔加工效率的影响规律研究，获得了改善排屑效果的抬刀参数；设计了一种具有倾斜端面的分布成组电极，有效解决了小间隙成组电极的制造难题，并改善小间隙成组电极加工时的排屑与散热条件，显著减少电极更换次数；设计了一种工具球定位系统，掌握了大倾角薄壁异形群孔快速、精确定位方法。验证结果表明：上述方法提升钛合金大倾角异形群孔电火花加工效率88.67%，效果显著。
（3）开展了磨料流加工大倾角异形群孔的CFD数字仿真研究，建立了磨料流光整加工表面再铸层的材料去除率模型。研究了群孔在不同安装角度下速度场v、压力场p及pv值分布规律，验证试验表明，试验与仿真的pv值差异最大为8.41%，数值仿真模型可用于指导该类典型群孔零件磨料流加工；设计了一种磨料流光整加工材料去除率的试验验证方法，建立了钛合金异形孔磨料流加工材料去除率模型，为磨料流光整加工效率的定量表征提供了有效手段。
（4）开展了磨料流加工工艺参数优化试验研究，获得了磨料流高效去除钛合金异形孔表面再铸层的加工参数。在单因素试验的基础上，设计了加工压力、磨粒粒径和磨料浓度等参数的正交试验，获得了提升光整加工去除效率的优化工艺参数组合，提升磨料流光整加工效率11.66%。
（5）系统研究了磨料流光整加工对钛合金电火花加工表面完整性改善规律。研究了光整加工前后，钛合金电火花加工表面粗糙度、表面微观形貌、金相组织、化学成份、表面显微硬度、残余应力的特性及改善状况，为组合加工方案的参数匹配优化提供数据基础。研究结果表明：磨料流光整加工可实现电火花加工表面再铸层完全去除并提升表面性能。
（6）构建了“电火花加工+磨料流光整”组合加工钛合金大倾斜角薄壁异形群孔的工艺参数匹配优化模型。通过加工参数匹配优化，获得了加工效率最高的工艺参数组合，并在典型件加工中得到验证，该匹配优化模型和优化方法可推广应用于不同角度和不同孔数的钛合金异形群孔零件加工，具有重要的工程应用价值。
主要创新点：
（1）提出了一种面向异形群孔高效加工的“电火花加工+磨料流光整”组合加工方法，该方法基于两者匹配优化的工艺参数，先采用成组电极电火花工艺对异形群孔进行精密高效加工，再采用磨料流进行光整加工，为解决异形群孔高效加工难题提供了有效途径。
（2）提出了一种具有倾斜端面的分布成组电极设计思路，所设计的成组电极无需密排，其放电端面与工件倾斜角相适应，可有效解决小间隙成组电极的制造难题，并改善小间隙成组电极加工时的排屑与散热条件，缩短加工进给深度，尤其适用于密布异形群孔加工。
（3）设计了一种磨料流光整加工材料去除率的试验验证方法，建立了钛合金大倾斜角异形群孔磨料流加工材料去除率模型。该验证方法只需在孔内壁引入基准，简单易行，适用于各种工件材料，为磨料流光整加工效率的定量表征提供了有效手段。
（4）构建了“电火花加工+磨料流光整”组合加工钛合金大倾斜角薄壁异形群孔的工艺参数匹配优化模型，获得了优化的工艺参数组合，并在典型件加工中得到验证；不仅加工效率得到大幅提升，而且异形群孔的表面质量得到显著提高。
