基于声发射的镍基合金铣削表面缺陷在线监测理论与方法

镍基高温合金主要应用于航空发动机的关键部件中，这些部件的高温高压的工作环境使得表面质量对其工作性能和使用寿命产生很大的影响。同时，作为一种典型的难加工材料，由于低热传导率、切削抗力大以及铣削切入切出冲击等因素导致其铣削过程中表面极易产生褶皱、犁沟和撕裂等缺陷。因此，本课题拟基于声发射技术实现镍基合金铣削过程中表面缺陷的在线辨识和量化表征，研究内容包括：镍基高温合金铣削过程中的微观切削状态的声发射表征；基于声发射模态波形分析的表面缺陷特征提取和量化评价；考虑传播界面和传播介质的声发射信号波形恢复和反演；基于声发射静动态特征多尺度建模的表面缺陷鲁棒辨识。从而形成一整套基于声发射技术的镍基合金铣削过程微观机理表征和表面缺陷在线辨识与量化评价的理论与方法，提高表面质量在线监测的准确度和鲁棒性。

镍基合金是一种常用的高温合金材料，该合金在高温环境中依然具有很高的强度和良好的抗氧化性，所以广泛应用于航空工业、核电行业和船舶工业中。作为一种典型的难加工材料，由于低热传导率、切削抗力大以及铣削切入切出冲击等因素导致其铣削过程中表面极易产生表面缺陷。因此提高镍基合金的表面质量，减少表面缺陷的发生对于提高高温合金部件的工作性能和使用寿命具有至关重要的意义。而表面缺陷的产生具有一定的随机性，无法通过离线切削试验的方法完全避免。.本课题基于声发射技术和模态波形分析方法实现镍基合金铣削表面缺陷的在线辨识和量化表征，构建复杂工况模式下表面缺陷在线监测与评价的理论与方法，提高镍基合金铣削加工的质量，提高高温合金部件的工作能力和使用寿命。主要研究内容包括：镍基合金铣削过程中的表面缺陷产生机理、缺陷形态和测量表征方法；镍基高温合金铣削过程刀具磨损与积屑瘤产生及其演化过程的表征；基于声发射信号的镍合金表面缺陷的辨识与量化评价技术；复杂工况条件下的声发射信号去噪和波形反演；基于特征多尺度分析和建模的表面缺陷鲁棒辨识。基于上述研究内容，共发表SCI论文20篇，发明专利1项，获得了以下重要研究结果：.（1）通过大量铣削实验，获取了不同切削参数及刀具磨损状态下表面缺陷的特征变化规律；研究获得了不同类型表面缺陷的形成机理。.（2）基于条件随机场（CRF）理论、支持向量机（SVM）模型、椭球自适应共振（EAM）理论和集成学习理论，建立了复杂工况下刀具磨损状态的识别模型，实现了刀具磨损的在线表征，进而实现了表面缺陷的空间大尺度在线辨识。.（3）利用扫描电镜对铣削表面进行精细分析，建立了单个随机表面缺陷的声发射信号样本集；建立了基于类间分散度和类内集中度的特征评价指标，筛选了基于声发射信息的表面缺陷最优特征集，实现了表面缺陷的空间小尺度在线辨识。.（4）实现了经验模态分解（EMD）理论和固有时间尺度分解（ITD）理论在声发射信号去噪与重构中的应用，提高了声发射信号的信噪比。.上述研究结果表明，本课题建立的一整套基于声发射技术的镍基合金铣削过程微观机理表征和表面缺陷辨识的理论与方法，可以很好的实现镍基合金表面缺陷的声发射特征提取和量化表征，大大提高了表面质量在线监测的准确度和鲁棒性。