【摘要】：鎳基高溫合金作為制造航空發(fā)動機耐高溫零部件的重要材料,其機加工質(zhì)量特別是制孔質(zhì)量的高低將直接決定發(fā)動機能否滿足在高溫高壓的嚴酷環(huán)境下穩(wěn)定高效的工作。但鎳基合金作為典型的難加工材料,制孔十分困難,常規(guī)鉆孔難以保證孔加工質(zhì)量且制孔效率低下。本文針對典型航空難加工材料鎳基高溫合金,嘗試采用新的高效制孔工藝螺旋銑孔進行加工,開展了鎳基合金螺旋銑孔加工質(zhì)量及動力學研究。基于螺旋銑孔的三個主要加工參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速n,切向每齒進給量st,螺距ap)設(shè)計了三因素三水平的正交試驗來探索螺旋銑孔加工鎳基合金的可行性。從尺寸精度和表面質(zhì)量兩方面對試驗制孔進行了檢測和分析,獲得了切削參數(shù)對孔徑、圓度偏差,表面粗糙度Ra的影響規(guī)律以及制孔出入口質(zhì)量,孔壁表層顯微硬度及殘余應力變化情況。結(jié)果表明螺旋銑孔工藝能夠提高鎳基合金制孔的加工質(zhì)量,在加工鎳基合金時替代常規(guī)鉆孔工是可行的。從螺旋銑孔的運動學和未變形切屑形狀入手分析了螺旋銑孔的切削機理;之后采用將銑刀切削刃分為側(cè)刃和底刃并將側(cè)刃進行離散化處理的建模思路建立了螺旋銑孔切削力解析模型,并在模型中考慮了刀具R角、刀具螺旋角i0和刀具側(cè)刃軸向切深ap*的變化;推導了試驗法快速標定螺旋銑孔切削力系數(shù)的計算方法,并通過螺旋銑孔切削力系數(shù)辨識試驗識別了所需的8個切削力系數(shù);最后通過試驗驗證了切削力模型的正確性和準確性。在切削力建模的基礎(chǔ)上,建立了考慮刀具R角和側(cè)刃軸向切深ap*變化的螺旋銑孔動態(tài)切削厚度、動態(tài)切削力模型,建立了螺旋銑孔的兩自由度動力學模型;采用時域全離散法進行了鎳基合金螺旋銑孔穩(wěn)定性的分析和預測;之后通過錘擊試驗獲取了系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù),仿真計算獲得了顫振穩(wěn)定域葉瓣圖(lobe圖);最后通過穩(wěn)定性試驗驗證了穩(wěn)定性葉瓣圖的準確性,試驗結(jié)果也表明螺旋銑孔工藝在加工鎳基高溫合金時具有較大的銑削穩(wěn)定區(qū),銑削過程非常平穩(wěn),不易發(fā)生顫振。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V263;TG54;TG132.3
【圖文】：

１．３．１螺旋銑孔切削原理研究逡逑螺旋銑孔技術(shù)是近年來新提出的一種鉆銑結(jié)合的新型孔加工工藝，其加工逡逑原理如圖１＿２所示。加工時由一把直徑小于孔徑的銑刀在高速自轉(zhuǎn)的同時沿螺旋逡逑路徑向下進給來完成制孔，切削過程由刀具側(cè)刃和底刃共同完成。逡逑７７逡逑刀具逡逑／ｍ７］逡逑Ｗｍｙ逡逑ｏ邋ｘ邋，邐，逡逑圖１－２螺旋銑孔加工示意圖逡逑４逡逑

導致螺旋銑孔中裂紋擴展和分層開始的臨界軸向力模型。并依據(jù)由刀具的偏心逡逑設(shè)置導致的軸向載荷的偏心分布和由刀具切向移動導致的材料的滑移，分析了逡逑加工過程中影響ＣＦＲＰ材料分層的主要因素（圖１－３）。逡逑１—逡逑圖１－３軸向力是導致分層的主要原因（ａ）傳統(tǒng)鉆孔（ｂ）螺旋銑孔１２８１逡逑許多學者也開展了對螺旋銑孔切削溫度的研究。作為比起常規(guī)鉆孔更具優(yōu)逡逑勢的制孔方式，螺旋銑孔在制孔時由于高溫產(chǎn)生的孔缺陷要比常規(guī)鉆孔減少許逡逑多。Ｂ．Ｗａｎｇ等網(wǎng)對ＣＦＲＰ－Ｔｉ材料螺旋銑孔和傳統(tǒng)鉆孔的加工溫度進行了比較，逡逑結(jié)果顯示與傳統(tǒng)鉆孔相比，螺旋銑孔溫度下降了邋３６．３％以上。在常規(guī)鉆孔時，使逡逑不使用真空除塵系統(tǒng)對溫度的影響很小，而在螺旋銑孔時，真空除塵可以降低逡逑１４％的切削區(qū)域溫度。Ｅ．Ｂｒｉｎｋｓｍｅｉｅｒ等１３１）１對加工Ａｌ－ＣＦＲＰ－Ｔｉ疊層材料時鉆孔的逡逑軸向力、溫度與螺旋銑孔時的軸向力、溫度進行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當從Ａｌ、ＣＦＲＰ逡逑層鉆入Ｔｉ層時，平均進給力顯著增加，常規(guī)鉆孔的切削溫度要顯著高于螺旋銑逡逑孔。特別是當常規(guī)鉆孔從ＣＦＲＰ層鉆入Ｔｉ層時，溫度會顯著提高。．丨Nｉｕ等ｗ建逡逑立了一個傳熱模型來研究螺旋銑孔過程中ＣＦＲＰ工件內(nèi)的溫度分布。通過對該逡逑傳熱模型的實驗測試

邐２．８０？３．３０邐４．７５？５．５０邐０．３０？０．７０邐０．７５？１＿１５邐其余逡逑試驗用刀具為如圖２－１所示的ＳＥＣＯ生產(chǎn)的＊ＪＨ９１００８０Ｒ０２０－ＴＲ１ＢＯＮ三刃整逡逑體硬質(zhì)合金螺旋立洗刀，總長６０ｍｍ，刃長１５ｍｍ，刀具螺旋角為４０°。直徑８ｍｍ，逡逑圓角半徑0．２ｍｍ。逡逑圖２－１螺旋銑孔刀具逡逑試驗用機床為大宇ＡＣＥ－５００三軸立式加工中心，主軸最高轉(zhuǎn)速為１邋ＯＯＯＯｒｐｍ，逡逑最大進給速度為８０００ｍｍ／ｍｉｎ。逡逑９逡逑

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本文編號：2789139