【摘要】：隨著航空工業(yè)的發(fā)展以及鈦合金材料在航空領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,如何獲得更加優(yōu)質(zhì)的鈦合金加工表面是目前亟需解決的關(guān)鍵問題。常見的表面機(jī)加工工藝中,微磨削相較于切削和銑削,更易獲得高質(zhì)量的加工表面,但因鈦合金材料加工性較差,普通磨削難以保證其質(zhì)量要求。超聲輔助微磨削作為新型精加工技術(shù),在塑性等難加工材料加工方面具有突出的優(yōu)勢(shì),不僅成本低、高質(zhì)、高效,而且還有著普通磨削無法比擬的加工效果。與普通磨削相比,超聲輔助磨削在降低磨削力、改善磨削環(huán)境、延緩砂輪磨損及提高工件表面質(zhì)量等方面優(yōu)勢(shì)明顯。本文針對(duì)鈦合金TC4材料的超聲輔助端面微磨削技術(shù),開展了端面軸向磨削過程中磨粒的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征理論分析,通過微觀磨削有限元三維模擬以及建立實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了有無超聲磨削特征的對(duì)比分析,磨削特性隨加工參數(shù)變化的實(shí)驗(yàn)研究。通過仿真和實(shí)驗(yàn),得出以下結(jié)論:1)通過仿真可以看出,超聲輔助磨削過程中,單顆磨粒受到了嚴(yán)重的沖擊作用,材料塑性變形程度明顯減小,并規(guī)律性地堆積于加工表面,磨削力顯著降低,應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)象明顯減弱。2)通過實(shí)驗(yàn)可以得知,同等磨削條件下,超聲輔助磨削磨削力均小于普通磨削磨削力。在一定的磨削深度范圍內(nèi),超聲磨削磨削力隨進(jìn)給速度的增加而變大,反之,超過這個(gè)范圍時(shí),磨削力出現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)。其它磨削條件不變,磨削力隨振幅的增大而減小,反之呈增大趨勢(shì)。3)普通磨削TC4鈦合金其表面有無序狀形態(tài)各異的滑痕,滑痕間有明顯的材料殘留塑性隆起,并伴隨對(duì)工件表面不同程度的滑傷。超聲輔助磨削中,工件表面呈現(xiàn)出明顯的等間隔跳躍式近似隊(duì)列的沖擊碾壓滑痕,且滑痕具有短而寬的形態(tài)特征,滑痕間無明顯塑性隆起。通過超聲輔助磨削的工件更光滑。4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究,在超聲輔助磨削過程中,其它工藝參數(shù)已定的情況下,隨著振幅的增加,表面粗糙度值逐漸增大,在振幅接近于磨削深度時(shí),表面粗糙度值達(dá)到最大。
【圖文】：

起落架 框結(jié)構(gòu) 發(fā)動(dòng)機(jī)圖 1-2 部分航空鈦合金部件磨削通常用于零件表面后續(xù)的半精加工或精加工階段，對(duì)于航空難加工材料鈦合金，傳統(tǒng)磨削加工已暴露出種種加工弊端。由于鈦合金材料獨(dú)特的性能特點(diǎn)，對(duì)其普通磨削時(shí)，易造成磨削刀具的損壞，工件表面質(zhì)量較低，有明顯的表面劃傷和燒傷，砂輪磨削部位不規(guī)則磨屑粘結(jié)現(xiàn)象較嚴(yán)重，甚至在鈦合金工件表面有裂紋出現(xiàn)。如上不利于磨削的因素將導(dǎo)致鈦合金的磨削加工質(zhì)量較差，砂輪容易堵塞，工件表面質(zhì)量不易控制等等。隨著鈦合金用量在航空領(lǐng)域的需求日益增大，如何獲得高精度、高質(zhì)量、低成本的鈦合金結(jié)構(gòu)件，對(duì)精加工技術(shù)的優(yōu)化和促進(jìn)鈦合金材料的應(yīng)用發(fā)展有著重大的意義。基于鈦合金上述精加工難的特點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量切削技術(shù)研究，目前解決上述難題的一般方法，主要有超聲振動(dòng)車削[6]、超聲振動(dòng)銑削等特種加工手段，但仍然不能完全解決鈦合金精加工中的問題。近年來隨著對(duì)超聲振動(dòng)輔助微磨削技術(shù)的不斷探究，其在科研教學(xué)方面已有了較大的進(jìn)展和成果[7]，尤其對(duì)

a) 磨粒的破碎和脫落 b) 磨屑粘結(jié)圖 1-3 磨粒的破碎、脫落和粘結(jié)2）磨削力較大，溫度較高鈦合金在磨削過程中，滑擦方式為主要的作用模式，由于主軸的高速旋轉(zhuǎn)在此極短暫的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生劇烈的摩擦、彈性和塑性變形，然后鈦合金才被磨去成為磨屑，隨之產(chǎn)生相當(dāng)大的磨削熱，加之鈦合金的低導(dǎo)熱性，幾乎大部分熱能難以散失，，研究表明在同等的磨削參數(shù)下，磨削鈦合金達(dá)到的溫度至少是 45 號(hào)鋼的兩倍[11]。在高溫環(huán)境下，易導(dǎo)致鈦合金表面磨削燒傷，甚至產(chǎn)生燒傷裂紋；同時(shí)伴隨有害拉應(yīng)力的出現(xiàn)[12]，致使鈦合金表面質(zhì)量變差；而鈦合金的耐高溫性能使得其在高溫下?lián)碛邢喈?dāng)高的硬度，同樣影響砂輪的使用壽命。3）磨削質(zhì)量不易控制砂輪磨削時(shí)自身狀況特征、磨削過程中的大磨削力及高磨削溫度均會(huì)導(dǎo)致鈦合金表面質(zhì)量不易控制；除此之外，隨著砂輪磨削參數(shù)的變化，工件表面加工形貌也隨之而變化，如對(duì)于杯形砂輪端面加工鈦合金而言，隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大加之磨削過程中的系統(tǒng)誤差，砂輪難免會(huì)產(chǎn)生微量振動(dòng)，致使瞬時(shí)砂輪端面的有
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG580.6;TG663

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2663175