本文選題：鎳基高溫合金　切入點：高速銑削　出處：《哈爾濱理工大學》2016年博士論文

【摘要】：鎳基高溫合金能在高溫氧化氣氛及燃氣腐蝕條件下工作,可承受復雜應力,是現(xiàn)代航空發(fā)動機、發(fā)電汽輪機中葉輪葉片類零件不可缺少的材料。由于鎳基高溫合金的強度高,塑性大,導熱系數(shù)低,加工表面硬化顯著、切削力大、刀具磨損快,屬難加工材料,所以鎳基高溫合金材料加工效率低,產(chǎn)品表面質量和精度不穩(wěn)定。除了鎳基高溫合金材料難加工之外,鎳基高溫合金薄壁零件材料去除率大,又屬于復雜曲面,薄壁且曲率變化劇烈,刀具走刀方向不斷發(fā)生轉向,極易引起刀軸振動,在零件加工表面產(chǎn)生豎紋或過切現(xiàn)象。如復雜薄壁零件葉片的表面微形貌及紋理對整個葉片的動力傳遞效率起著決定性的作用,從而嚴重影響葉片使用性能,致使葉片報廢。因此,本文以鎳基高溫合金復雜薄壁零件數(shù)控加工為背景,通過理論分析、切削試驗,揭示高速加工鎳基高溫合金復雜薄壁零件的相關加工機理及切削穩(wěn)定性相關技術,解決航空航天行業(yè)復雜薄壁零件切削加工的共性基礎科學問題,為鎳基高溫合金零件的高效加工及減少刀具磨損提供有力的技術支持,為鎳基高溫合金葉片類零件穩(wěn)定性加工提供較為準確的理論依據(jù)。針對鋸齒形切屑對切削過程的影響,進行鎳基高溫合金銑削實驗,探討不同切削參數(shù)下鋸齒形切屑形成規(guī)律,揭示絕熱剪切現(xiàn)象。通過光學顯微鏡觀察切屑組織,得到絕熱剪切帶內材料組織形態(tài)的演變過程,提出鋸齒形切屑形成由形變帶鋸齒形切屑-轉變帶鋸齒形切屑一系列轉變。最后研究切削參數(shù)對鋸齒形切屑幾何特征的影響規(guī)律,為切削條件的選擇提供理論依據(jù)。針對鎳基高溫合金薄壁零件材料去除率大,刀具使用壽命與加工效率之間的矛盾,開展高速銑削鎳基高溫合金刀具磨損規(guī)律的研究。通過銑削實驗獲得切削速度對刀具磨損影響較大,隨著切削速度的提高,前刀面磨損形式為多種磨損機制共同作用,后刀面磨損主要為溝槽磨損,并且切屑毛邊對刀具的沖擊造成溝槽磨損加劇。結合仿真結果提出加工表面硬化也會對刀具的溝槽磨損產(chǎn)生影響。上述工作為銑削鎳基高溫合金材料時減少刀具磨損、提高刀具使用壽命提供理論依據(jù)。針對鎳基高溫合金復雜薄壁零件加工插補算法中設計曲線與刀具運動掃描體包絡面之間存在誤差,如在葉片葉緣處,存在刀具路徑轉接問題,將四元數(shù)法引入到五軸加工的刀具運動設計中,建立四元數(shù)節(jié)點光順法,優(yōu)化刀具運動路徑,結合POWERMILL軟件提供的曲面投影加工方式,采用驅動曲面方式規(guī)劃葉片精加工刀具路徑軌跡,改善葉片葉緣的過切現(xiàn)象,提高復雜曲面銑削的加工精度。針對鎳基高溫合金薄壁零件側銑過程中的切削振動問題,進行了切削力預報及切削動力學研究。在鎳基高溫合金薄壁零件加工過程中考慮其動態(tài)特性的時變性,建立側銑加工時滯動力學模型,提出輻角穩(wěn)定性判別法,實際加工效果表明,采用此方法獲得的穩(wěn)定切削參數(shù)域具有一定的實用性,并與傳統(tǒng)二維Lobe圖穩(wěn)定性判別法相比較,一致性好,并且簡單實用,易于工程化。通過綜合考慮鎳基高溫合金復雜薄壁零件的制造關鍵問題,采用理論分析、切削仿真和切削試驗相結合的方法,在鎳基高溫合金復雜薄壁零件加工切屑形成特征、刀具磨損機理、刀具運動設計及穩(wěn)定性極限預測方面進行研究。研究可為鎳基高溫合金復雜薄壁零件的切削加工技術推廣及應用提供理論依據(jù)和技術支撐。
[Abstract]:Nickel based high temperature alloy can work in high temperature oxidation atmosphere and gas corrosion conditions, can withstand complex stress, is the modern aviation engine, the impeller blades in the turbine generator parts indispensable materials. Because of nickel based superalloy with high strength, high plasticity, low thermal conductivity, surface hardening significantly, cutting force, rapid tool wear is difficult to cut materials, so the nickel base high-temperature alloy material of low processing efficiency, surface quality and precision. In addition to nickel based alloy material is difficult to machining materials, parts nickel based high temperature alloy thin removal rate, and belongs to the complex surface, thin wall and curvature change, tool cutting direction constantly changed, extremely easy to cause the cutter shaft vibration, resulting in vertical grain parts processing surface or over cut phenomenon. Such as dynamic surface of complex thin walled parts leaf micro morphology and texture of the whole blade transfer efficiency A decisive role, which seriously affected the blade performance, causing the blade scrapped. Therefore, based on the nickel based high temperature alloy thin-walled parts CNC machining as the background, through theoretical analysis, cutting test reveals the machining mechanism of thin-walled parts and cutting stability of complex technology for high speed machining of nickel based superalloy, solve the aerospace industry complex common basic scientific problems of thin-walled parts machining, provide strong technical support for tool wear nickel based high temperature alloy parts machining efficiency and reduce, and provide a theoretical basis for the accurate processing of nickel based superalloy blade stability. The serrated chip effect on cutting process, milling experiments of nickel based superalloy and to investigate the different cutting parameters of serrated chip formation, reveal the adiabatic shearing phenomenon. Through the optical microscope chip group Fabric, get the evolution of adiabatic shear band of materials within the organization, the chip is formed by deformation sawtooth chip change with serrated chip, a series of changes. The zigzag influence finally the effects of cutting parameters on thegeometry characteristic of serrated chip, provide a theoretical basis for the selection of cutting conditions for. Nickel based high temperature alloy thin-walled parts of the material removal rate, the contradiction between tool life and machining efficiency, carry out the research of high speed milling tool wear of nickel based superalloy. Through milling experiments of cutting speed on tool wear have greater impact, with the increase of the cutting speed, the former flank wear wear mechanism for a variety of forms mainly, the flank wear and cutting groove wear, impact on tool chip edge caused by groove wear increased. According to the simulation results of machining surface hardening will groove on the cutting tool Impact wear. The work for the milling of nickel based superalloy materials to reduce tool wear, provide theoretical basis for increasing the service life of the cutter. The error between the nickel based high temperature alloy thin-walled parts machining interpolation algorithm design curve and motion of the tool scanning body enveloping surface, as in the blade edge, existing tool path transfer problem that will be four yuan number method is introduced into the design of five axis machining tool movement, the establishment of four yuan in the number of nodes in the fairing method, the optimization of tool path, surface projection processing methods combined with POWERMILL software, driven by surface finishing machining tool path planning, improve the leaf margin of over cutting, improve processing the accuracy of complex surface milling. According to the cutting vibration problem of nickel based high temperature alloy thin-walled parts side milling process, the prediction and cutting dynamics research on cutting force in nickel. When considering the dynamic characteristics of modified machining process based high temperature alloy, a side milling time delay dynamics model, proposed criterion angular stability, show that the actual processing effect, stable cutting parameters obtained by using this method, the domain has a certain practicality, and discriminant method and the traditional two-dimensional Lobe map stability comparison, consistent good, and simple and practical, easy for engineering. The key problems of complex manufacturing thin-walled parts considering nickel based superalloy, by theoretical analysis, simulation method of cutting and cutting experiments combining the formation characteristics of the Ni based high-temperature alloy complex machining cutting, tool wear mechanism, limit cutter design and stability the prediction is studied. For the study of nickel based superalloy thin-walled parts machining technology popularization and application and provide a theoretical basis and technical support.

【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG54

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本文編號：1706711