航空零部件材料GH4169是典型的難加工材料,其導(dǎo)熱率低且切削加工性能差。在常規(guī)加工時(shí),材料受到塑性變形及組織分布不均勻的影響,表面易產(chǎn)生加工變質(zhì)層。變質(zhì)層作為表面質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo),其微觀組織形態(tài)、厚度及分布將影響已加工表面的力學(xué)性能及微觀裂紋的形成。隨著切削輔助加工技術(shù)的發(fā)展,高壓冷卻輔助加工技術(shù)的應(yīng)用可有效地改善已加工表面質(zhì)量。但是目前針對(duì)高壓冷卻條件下變質(zhì)層的微觀演化機(jī)制尚有欠缺。本文以鎳基高溫合金GH4169為研究對(duì)象,采用高壓冷卻輔助加工技術(shù),結(jié)合理論與仿真,通過(guò)預(yù)測(cè)、分析表面變質(zhì)層的微觀形貌、組成結(jié)構(gòu)及影響因素等,對(duì)切削GH4169已加工表面變質(zhì)層的形成機(jī)理展開(kāi)研究。首先,通過(guò)分析高溫合金切削加工過(guò)程的熱力特性,采用Deform-3D構(gòu)建高壓冷卻下GH4169車削加工熱-力耦合有限元模型,對(duì)硬態(tài)切削過(guò)程中已加工表面溫度場(chǎng)、形變場(chǎng)進(jìn)行模擬分析,并通過(guò)回歸分析建立已加工表面溫度場(chǎng)的峰值預(yù)測(cè)模型,為后續(xù)研究已加工表面變質(zhì)層的形成機(jī)理提供理論依據(jù)。其次,基于合金相變的熱力學(xué)及金屬塑性變形位錯(cuò)理論,建立高壓冷卻下微觀塑性變形層的厚度預(yù)測(cè)解析模型;在高壓冷卻下PCBN刀具切削GH4169... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

高溫合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用Fig.1-1Applicationofsuperalloyinaeroengine

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文積屑瘤(BUE)[14]；除此之外，高壓冷卻大大縮短了刀具-切屑的接觸長(zhǎng)度，提高了斷屑能力和排屑能力[15,16]。Courbon的課題組在高壓冷卻下建立了GH4169的車削加工有限元模型，并加以試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)在冷卻壓力為30~130bar范圍內(nèi)，切削溫度、切削力及刀-屑接觸長(zhǎng)度均降低，其中切削溫度降低40~45%，另外證實(shí)了冷卻壓力的提高會(huì)增大表面的機(jī)械載荷[17,18]；Machado等對(duì)比了高壓冷卻下，鈦合金與Inconel901兩種材料的切削試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高壓冷卻對(duì)于切屑折斷方面作用較明顯，可有效縮短刀-屑接觸長(zhǎng)度，在粘結(jié)區(qū)與滑動(dòng)區(qū)的機(jī)械載荷均呈減小趨勢(shì)[19]。圖1-2高壓冷卻液噴射狀態(tài)示意圖Fig.1-2Theschematicofhigh-pressurecoolantinjection一般情況下，刀具壽命通常隨冷卻液壓力的升高而延長(zhǎng)，這是由于高壓冷卻可降低刀-屑間的接觸，減小摩擦系數(shù)，進(jìn)而降低了切削溫度及切削力。在高壓冷卻下涂層硬質(zhì)合金刀具切削AISI1045鋼的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上可知，前刀面噴射冷卻液時(shí)，由于刀-屑附著力較強(qiáng)，刀具前刀面會(huì)產(chǎn)生月牙洼磨損[20]；SuG等發(fā)現(xiàn)冷卻壓力可減少前刀面和后刀面的刀具磨損程度，在高速切削中高壓冷卻對(duì)磨損的影響更為明顯[16]；Ayed等基于高壓冷卻下WC刀具切削Ti17的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，高壓冷卻可有效改善常規(guī)切削中刀具失效問(wèn)題，減小后刀面磨損[21]；E.O.Ezugwua等人在高壓冷卻條件下，采用PVD刀具車削GH4169，發(fā)現(xiàn)冷卻壓力在150bar內(nèi)，刀具的磨損及切削力降低，表面質(zhì)量顯著提高[22]；胡增榮等將高壓冷卻技術(shù)應(yīng)用于高溫合金薄壁零件的加工中，試驗(yàn)結(jié)果表明高壓冷卻液的射流作用可迅速的降低切削熱，同時(shí)可縮短走刀量[23]。除此之外，高壓冷卻輔助加工在已加工表面質(zhì)量的優(yōu)化方面也具有顯著作-3-

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文用。當(dāng)冷卻液有效地作用在刀-屑接觸區(qū)域，加工過(guò)程中的溫度和塑性變形較低，已加工表面的硬化以及微觀損傷較校Vosough等結(jié)合有限元仿真與試驗(yàn)研究對(duì)高壓冷卻鈦合金已加工表面的殘余應(yīng)力進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)進(jìn)給方向殘余應(yīng)力大于車削方向殘余應(yīng)力，冷卻液壓力的增加會(huì)小幅度增大殘余壓應(yīng)力[24]；沈汛等基于對(duì)PCBN刀具切削鎳基高溫合金的研究，發(fā)現(xiàn)在較大的切削速度（約150m/min）、較小的切削深度及適當(dāng)?shù)睦鋮s液噴射壓力的切削條件下，已加工表面質(zhì)量較好，同時(shí)采用負(fù)倒棱角度會(huì)利于表面質(zhì)量的優(yōu)化[25]；Liang針對(duì)高壓冷卻下的鈦合金車削加工表面完整性展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)冷卻液壓力的增加會(huì)降低塑性變形層深度，削弱表面加工硬化效應(yīng)。如圖1-3所示為高壓試驗(yàn)中鈦合金已表面變質(zhì)層厚度[26]。圖1-3高壓冷卻下鈦合金已表面變質(zhì)層厚度Fig.1-3Deformationdepthoftitaniumalloysurfaceunderhighpressurecooling以上研究結(jié)合仿真模擬與試驗(yàn)研究，分析切削不同材料時(shí)高壓冷卻對(duì)切削溫度、刀具磨損、刀具壽命、刀-屑間的摩擦、斷屑效果及表面完整性的影響規(guī)律，然而對(duì)于高壓冷卻下的表面變質(zhì)層的微觀演化及形成機(jī)制方面卻少有研究。高溫合金GH4169材料特性GH4169的耐高溫機(jī)械性能也使其成為難加工材料，在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生亞表層變形，表面承受的機(jī)械載荷和熱載荷也會(huì)導(dǎo)致材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。GH4169合金（英文牌號(hào)為Inconel718）是一種二次相析出時(shí)效強(qiáng)化型的鎳基高溫合金。材料組成則包括基體和金屬間化合物，其中常見(jiàn)的金屬間化合物呈-4-

【參考文獻(xiàn)】：
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