隨著航空制造業(yè)的高速發(fā)展,高溫合金的應(yīng)用越來(lái)越多,這主要是由于其具有良好的耐磨性以及優(yōu)異的組織結(jié)構(gòu)等特點(diǎn),使其能夠在高溫高壓的工作條件下仍能夠保持高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度,且具有較低的蠕變性和較高的抗腐蝕性和抗氧化性。但是由于高溫合金材料的自身特點(diǎn),在切削過(guò)程中微觀組織強(qiáng)化相硬度高、抗剪切應(yīng)力大、導(dǎo)熱率低,易導(dǎo)致切削力大、切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重等問(wèn)題,因此高溫合金屬于難加工材料之一。隨著輔助切削設(shè)備的發(fā)展,高壓冷卻切削技術(shù)的出現(xiàn)為解決高溫合金的難加工性提供了技術(shù)支撐。因此為了提高高溫合金的切削加工技術(shù),本文以鎳基高溫合金GH4169為研究對(duì)象,以高壓冷卻切削應(yīng)用為研究背景,進(jìn)行高壓冷卻下鎳基高溫合金GH4169的切削特性研究,對(duì)于提高我國(guó)高端裝備制造業(yè)水平,特別是高溫合金零部件的生產(chǎn)具有重大意義。為了揭示高壓冷卻液對(duì)切削變形區(qū)的影響,基于流體力學(xué)理論對(duì)高壓冷卻液的射流特征進(jìn)行了理論分析,進(jìn)而得到了高壓冷卻液的理論沖擊力及作用面積。在此基礎(chǔ)上根據(jù)刀-屑接觸區(qū)的應(yīng)力分布情況,分別建立了高壓冷卻下刀-屑接觸長(zhǎng)度、潤(rùn)滑和冷卻作用的理論模型,揭示了高壓冷卻液的冷卻潤(rùn)滑作用機(jī)理,也為后續(xù)分析高壓冷卻切削特性提供了理論基礎(chǔ)。針對(duì)高溫合金在切削過(guò)程中,切削力大和表面質(zhì)量差的問(wèn)題,結(jié)合高壓冷卻液的冷卻潤(rùn)滑機(jī)理,以高壓冷卻切削切削力、表面粗糙度和殘余應(yīng)力為研究對(duì)象,揭示了高壓冷卻切削機(jī)理。并通過(guò)理論分析得到了高壓冷卻切削過(guò)程中,切削力和已加工表面質(zhì)量(表面粗糙度和殘余應(yīng)力)的特征變化。在此基礎(chǔ)上結(jié)合高壓冷卻試驗(yàn)研究得到了高壓冷卻工藝參數(shù)(不同冷卻液壓力)、切削參數(shù)、刀具幾何參數(shù)對(duì)上述特征的影響規(guī)律,建立了高壓冷卻下PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)刀具切削GH4169已加工表面粗糙度的預(yù)測(cè)模型,為切削參數(shù)的優(yōu)選提供了理論依據(jù)。針對(duì)高溫合金在切削過(guò)程中切屑不易折斷的問(wèn)題,結(jié)合高壓冷卻液的噴射特性,從斷屑角度進(jìn)一步分析了高壓冷卻液對(duì)切削變形的影響。基于高壓冷卻切削試驗(yàn)研究,揭示了不同冷卻液壓力、切削用量及刀具幾何參數(shù)下切屑的宏觀及微觀形態(tài)的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上基于絕熱剪切理論揭示了高壓冷卻下切削高溫合金GH4169鋸齒形切屑的形成機(jī)理。通過(guò)對(duì)切削變形區(qū)進(jìn)行受力分析,并結(jié)合高壓冷卻液的沖擊力,分析了高壓冷卻液對(duì)切屑卷曲半徑的影響,最終建立了高壓冷卻下切屑卷曲折斷的理論模型,為切屑的控制提供了理論支撐。針對(duì)高溫合金切削過(guò)程中,刀具磨損嚴(yán)重的問(wèn)題,基于高壓冷卻切削試驗(yàn),揭示了PCBN刀具的磨損機(jī)理,并通過(guò)與常壓冷卻切削對(duì)比,確定了高壓冷卻下PCBN刀具的主要磨損形式;在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了不同冷卻條件、切削用量以及刀具幾何參數(shù)對(duì)刀具壽命的影響規(guī)律,并通過(guò)運(yùn)用自適應(yīng)遺傳算法,建立了高壓冷卻下PCBN刀具切削GH4169刀具壽命的預(yù)測(cè)模型,為切削參數(shù)優(yōu)選提供了理論依據(jù);最終基于上述研究?jī)?nèi)容以及遺傳算法和矩陣分析法,對(duì)高壓冷卻下PCBN刀具切削鎳基高溫合金GH4169的切削參數(shù)、刀具幾何參數(shù)以及冷卻液噴射角度進(jìn)行了優(yōu)化。上述研究成果可為高壓冷卻切削加工技術(shù)的推廣及高效高品質(zhì)加工高溫合金提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：V252;TG132.3;TG506
【部分圖文】：

(a) 高溫合金渦輪盤(pán) (b) 高溫合金渦輪轉(zhuǎn)子圖 1-1 高溫合金的應(yīng)用Fig. 1-1 Application of superalloy在高溫合金中應(yīng)用量較為廣泛的是鎳基高溫合金，例如，在某型號(hào)航空動(dòng)機(jī)上，其比重超過(guò) 50%[4]。但是由于高溫合金材料的自身特點(diǎn)，在切削過(guò)

1-2 PCBN 刀具切削高溫合金的破損形貌 圖 1-3 PCBN 刀具切削高溫合金切屑形ig. 1-2 Damaged morphology of PCBN incutting superalloyFig. 1-3 Chip shape of PCBN incutting superalloy隨著機(jī)床輔助設(shè)備的發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)了高壓冷卻切削方式，如圖 1-，它為解決高溫合金的高效切削加工問(wèn)題提供了技術(shù)支持。與傳統(tǒng)冷卻

1-2 PCBN 刀具切削高溫合金的破損形貌 圖 1-3 PCBN 刀具切削高溫合金切屑形ig. 1-2 Damaged morphology of PCBN incutting superalloyFig. 1-3 Chip shape of PCBN incutting superalloy隨著機(jī)床輔助設(shè)備的發(fā)展，近年來(lái)出現(xiàn)了高壓冷卻切削方式，如圖 1-，它為解決高溫合金的高效切削加工問(wèn)題提供了技術(shù)支持。與傳統(tǒng)冷卻
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本文編號(hào)：2866566