【摘要】：高溫合金作為航空航天、船舶、原子能、車輛工業(yè)關(guān)鍵零部件中的重要材料,對國家制造業(yè)起著重要作用。隨著我國制造業(yè)日新月異的發(fā)展,對高溫合金的加工需求也逐漸提高,但其材料的難加工性是制造中的難點,主要表現(xiàn)在切削過程中存在切削力大、刀具磨損嚴(yán)重及切削溫度高等現(xiàn)象。針對以上問題,采用高壓冷卻是改善加工效果的一種有效途徑。本文通過高壓冷卻下PCBN刀具加工高溫合金試驗,分析切削力及刀具磨損規(guī)律,探索高溫合金加工質(zhì)量改善和加工效率提高的理想方案。首先,建立高壓冷卻條件下的切削力數(shù)學(xué)模型。根據(jù)直角切削理論,對斜角切削過程中的相關(guān)參數(shù)進行簡化計算,建立斜角切削力系數(shù)模型;通過對高壓冷卻相關(guān)理論及冷卻潤滑過程的研究,探討高壓冷卻下切削力變化原因及摩擦系數(shù)計算方法,將其與常規(guī)切削力模型結(jié)合,完成高壓冷卻下切削力系數(shù)模型的構(gòu)建,為高壓冷卻下切削力預(yù)測及刀具磨損分析提供支撐。其次,對高壓冷卻下鎳基高溫合金車削過程及PCBN刀具磨損過程進行有限元仿真分析。通過Third Wave Advant Edge軟件對切削過程進行仿真,在切削力仿真結(jié)果基礎(chǔ)上,分析預(yù)測高壓冷卻下的切削力變化規(guī)律;利用DEFORM仿真軟件對刀具磨損過程進行仿真,分析刀具磨損的漸變過程,為刀具磨損形貌研究提供參考。再次,進行高壓冷卻下鎳基高溫合金切削試驗。根據(jù)試驗結(jié)果,分析冷卻條件、切削參數(shù)與切削力的變化關(guān)系,對高壓冷卻下切削力系數(shù)模型進行完善和修正,并建立切削力經(jīng)驗?zāi)Ｐ?驗證模型準(zhǔn)確性,為切削參數(shù)優(yōu)化提供支持;建立多目標(biāo)切削參數(shù)優(yōu)化模型,運用遺傳算法并結(jié)合試驗結(jié)果,優(yōu)化高壓冷卻下的切削參數(shù)。最后,對高壓冷卻條件下PCBN刀具磨損情況進行研究。通過高壓冷卻下的刀具磨損試驗,在分析刀具磨損形貌的基礎(chǔ)上,對PCBN刀具的失效原因進行探討;研究切削加工條件對刀具磨損的影響,獲得高壓冷卻下的刀具磨損規(guī)律,并結(jié)合切削力試驗結(jié)果,對高壓冷卻下考慮刀具磨損時的切削參數(shù)選擇進行分析,為提高刀具壽命和加工效率提供建議及參考。
[Abstract]:As an important material in aerospace, ship, atomic energy and vehicle industry, superalloy plays an important role in the national manufacturing industry. With the rapid development of manufacturing industry in our country, the processing demand of superalloy is increasing gradually, but the difficulty of material processing is the difficulty in manufacturing, which is mainly manifested in the cutting process of large cutting force. The tool wear is serious and cutting temperature is high. In view of the above problems, high-pressure cooling is an effective way to improve the processing effect. In this paper, the cutting force and tool wear law are analyzed through the experiment of PCBN tool machining superalloy under high pressure cooling, and the ideal scheme to improve the machining quality and efficiency of the superalloy is explored. Firstly, a mathematical model of cutting force under high pressure cooling condition is established. According to the theory of right angle cutting, the relative parameters in the process of oblique cutting are simplified and the model of cutting force coefficient of inclined angle is established. Through the research on the theory of high pressure cooling and the process of cooling lubrication, the reason of cutting force change and the calculation method of friction coefficient under high pressure cooling are discussed. The model of cutting force coefficient under high pressure cooling is constructed by combining it with the conventional cutting force model. It provides support for cutting force prediction and tool wear analysis under high pressure cooling. Secondly, the turning process and PCBN tool wear process of nickel base superalloy under high pressure cooling are simulated by finite element method. The cutting process is simulated by Third Wave Advant Edge software. Based on the simulation results of cutting force, the law of cutting force variation under high pressure cooling is analyzed and predicted. The process of tool wear is simulated by DEFORM software, and the gradual process of tool wear is analyzed, which provides a reference for the study of tool wear morphology. Thirdly, the cutting test of nickel base superalloy was carried out under high pressure cooling. According to the experimental results, the relationship among cooling conditions, cutting parameters and cutting forces is analyzed, and the model of cutting force coefficient under high pressure cooling is improved and modified, and the empirical model of cutting force is established to verify the accuracy of the model. To provide support for the optimization of cutting parameters; The optimization model of multi-objective cutting parameters is established, and the cutting parameters under high pressure cooling are optimized by genetic algorithm and experimental results. Finally, the wear of PCBN tool under high pressure cooling condition was studied. Based on the tool wear test under high pressure cooling and the analysis of tool wear morphology, the failure reasons of PCBN tool are discussed. The influence of cutting conditions on tool wear is studied, and the wear law of cutting tool under high pressure cooling is obtained. In combination with the results of cutting force test, the selection of cutting parameters considering tool wear under high pressure cooling is analyzed. Suggestions and references are provided to improve tool life and machining efficiency.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG506.7

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本文編號：2418120