【摘要】：在現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展過程中,高溫合金材料是航空發(fā)動機(jī)的主要材料之一,占據(jù)著不可替代的位置。鎳基高溫合金具有良好的抗氧化性、耐高溫和耐腐蝕性。然而,正是由于高溫合金難加工的特點(diǎn),使刀具前刀面切削刃近域產(chǎn)生劇烈的熱力載荷,導(dǎo)致刀具的磨損加快、耐用度降低。因此在刀具的前刀面切削刃近域設(shè)計(jì)合理的微槽結(jié)構(gòu)是提高刀具切削性能的重要途徑。本文以切削鎳基高溫合金GH4169的專用硬質(zhì)合金數(shù)控刀具作為研究對象,以調(diào)控切削能分配、降低切削溫度和提高刀具耐用度為研究目的,基于溫度場形狀開展刀具前刀面切削刃近域微槽設(shè)計(jì),創(chuàng)新設(shè)計(jì)并制備了切削GH4169高溫合金材料的前刀面新型微槽刀具;將理論研究、有限元仿真和切削試驗(yàn)相結(jié)合,重點(diǎn)研究了新型微槽刀具的綜合切削性能、降溫機(jī)理、磨損機(jī)理以及微槽刀具切削GH4169的切屑形態(tài)及其影響研究�；诘毒咔邢鳒囟葓鲂螤�,開展刀具前刀面切削刃近域微槽的設(shè)計(jì)。以DEFORM-3D為數(shù)值模擬平臺,將原刀具進(jìn)行有限元切削仿真試驗(yàn),利用MATLAB將DEFORM后處理平臺導(dǎo)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理篩選,并在NX 8.5中逆向構(gòu)建微槽曲面,建立刀具的初始微槽三維模型。為了使切屑更易于流出且減小與前刀面的摩擦,研究刀具前刀面的前角以及微槽內(nèi)邊緣對切屑形成和流出的影響,對初始微槽槽形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),通過切削仿真試驗(yàn),分析微槽槽形對切削溫度和切削力的影響規(guī)律,建立相關(guān)關(guān)系模型,確定了微槽設(shè)計(jì)的主要槽形參數(shù),優(yōu)化了微槽。前刀面新型微槽刀具切削高溫合金GH4169的基礎(chǔ)理論研究。結(jié)合鎳基高溫合金的特點(diǎn),建立新型微槽刀具的切削力學(xué)模型。根據(jù)奧克斯利-威爾希切削理論,結(jié)合切削實(shí)驗(yàn),建立微槽刀具加工GH4169高溫合金材料的切削方程。基于微槽刀具切削GH4169高溫合金材料的摩擦特性研究,建立相應(yīng)的刀-屑接觸區(qū)摩擦模型。綜合金屬切削及傳熱學(xué)原理,建立微槽刀具在三維切削過程中的切削能計(jì)算模型,研究微槽結(jié)構(gòu)對剪切能和摩擦能的影響。通過切削試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算和理論分析相結(jié)合的方法,建立微槽刀具切削性能綜合評價(jià)方法。采用對比分析的方法,設(shè)計(jì)合理的切削試驗(yàn)方案,從切削力、切削溫度、已加工工件表面質(zhì)量、刀具壽命、刀-屑接觸界面摩擦磨損特性等方面分析和評價(jià)新型微槽刀具的切削性能;重點(diǎn)分析切削能隨切削參數(shù)的變化規(guī)律,探尋切削能的生熱、分配機(jī)制及其對刀具前刀面切削溫度的疊加影響,進(jìn)一步揭示了微槽刀具的降溫機(jī)理;通過對新型微槽刀具前、后刀面的磨損情況的檢測與分析,發(fā)現(xiàn)新型微槽刀具的磨損機(jī)理為磨粒磨損、粘結(jié)磨損和氧化磨損。結(jié)合鎳基高溫合金GH4169的加工特性,分析研究了新型微槽刀具切削高溫合金GH4169的切屑變形及其影響。通過切削試驗(yàn),研究了微槽結(jié)構(gòu)對切屑形狀、卷曲半徑、鋸齒化程度、剪切帶顯微硬度以及切屑毛邊的影響。基于切屑形變和分形理論,在MATLAB軟件平臺上建立了切屑變形的分形維數(shù)計(jì)算模型,基于該模型編寫切屑分形維數(shù)解析程序,分析了微槽結(jié)構(gòu)對切屑分形維數(shù)的影響,建立了切削速度與切屑分形維數(shù)兩者之間的關(guān)系。同時(shí),研究了不同切削速度下,切屑毛邊對刀具后刀面溝槽磨損和工件已加工表面質(zhì)量的影響。通過以上研究,創(chuàng)新設(shè)計(jì)并制備了切削高溫合金GH4169新型微槽刀具,發(fā)現(xiàn)該刀具降低了切削過程的切削熱和切削能消耗,并據(jù)此闡釋了微槽刀具的降溫機(jī)理和磨損機(jī)理。對比切削實(shí)驗(yàn)表明,微槽刀具具有更長的刀具壽命,更好的斷屑效果,綜合切削性能優(yōu)異。本文研究成果對于促進(jìn)難加工材料加工技術(shù)的進(jìn)步和豐富刀具前刀面切削刃近域微槽設(shè)計(jì)方法與理論具有重要的意義。
【圖文】：

而且可以提高切削的可加工性。任何表面的結(jié)構(gòu)都可以通凹槽形式的紋理來進(jìn)行修改或改進(jìn)，凹坑或凹槽的幾何形狀根據(jù)應(yīng)用納米尺度。對于這些復(fù)雜輪廓的微/納米紋理，可以采用各種加工工藝加工、磨削加工、激光束加工和離子束加工等，，其優(yōu)缺點(diǎn)分別如表 1表 1-2 表面微織構(gòu)常用制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)[77-79]法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)加工 加工高硬度的金屬 不能加工不導(dǎo)電材料，加工效率工 加工高硬度材料，加工精度高 磨削溫度高加工 加工速度快，控制精度高 加工設(shè)備昂貴，加工成本高加工加工速度快、污染低，材料表面不發(fā)生氧化需要整套專用設(shè)備，價(jià)格昂貴著微/納米加工技術(shù)的最新發(fā)展，激光束微加工表現(xiàn)出加工速度快、尺等優(yōu)勢，是目前所有微加工技術(shù)中發(fā)展微/納米特征的最有效的技術(shù)學(xué)者采用飛秒、皮秒等激光加工方式研究微織構(gòu)刀具[80]。主要包括和納米織構(gòu)、微/納復(fù)合結(jié)構(gòu)陣列等類型，如圖 1-1 所示。

)(GPa)(GPa)泊4.6 1.4 91 HRA 968 / 363HBS 具進(jìn)行切削仿真，采用修正的拉布情況。切削用量為：v=55 m/m切削圓弧角為 25°。刀具設(shè)置為為７，并對刀具的刀尖部分進(jìn)過程中，做以下假設(shè)：（a）工件接觸區(qū)的摩擦系數(shù)為恒定值，本勻換熱，本文中為了使切削仿真的最高切削溫度[105]，刀-屑間圍環(huán)境的對流換熱系數(shù)為 20 N示。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V261;TG132.3;TG506

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 段春爭;王肇喜;李紅華;;高速切削鋸齒形切屑形成過程的有限元模擬[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2014年02期

2 吉春輝;劉戰(zhàn)強(qiáng);;納米切削過程中刀-屑接觸區(qū)應(yīng)力分布[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年19期

3 吳澤;鄧建新;邢佑強(qiáng);程潔;趙軍;;橢圓狀微織構(gòu)自潤滑車刀切削性能試驗(yàn)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2012年07期

4 肖茂華;何寧;李亮;陸愛華;;鎳基高溫合金高速銑削的切削熱研究[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2011年11期

5 吳澤;鄧建新;亓婷;連云崧;趙軍;;微織構(gòu)自潤滑刀具的切削性能研究[J];工具技術(shù);2011年07期

6 覃康才;馮可芹;孫蘭;熊計(jì);周翔;;減摩槽刀片切削過程的Deform仿真[J];工具技術(shù);2011年02期

7 蘇宇;何寧;李亮;;冷風(fēng)切削對高速切削難加工材料刀具磨損的影響[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);2010年05期

8 肖茂華;何寧;李亮;劉海濱;;陶瓷刀具高速切削鎳基高溫合金溝槽磨損試驗(yàn)研究[J];中國機(jī)械工程;2008年10期

9 陳輝;胡元中;王慧;王文中;;粗糙表面分形特征的模擬及其表征[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2006年09期

10 劉東,羅子健;GH4169合金熱加工過程中的顯微組織演化數(shù)學(xué)模型[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2003年05期

本文編號：2695629