發(fā)布時(shí)間：2020-06-05 15:18

【摘要】：鈦合金Ti5553是一種亞穩(wěn)態(tài)近β相鈦合金,以其高強(qiáng)度、高韌性、高滲透性和低偏析性等優(yōu)勢(shì),贏得了國(guó)際上的高度評(píng)價(jià),并獲得了世界最先進(jìn)、高強(qiáng)度、高韌性鈦合金材料的美譽(yù)(相對(duì)于Ti-1023,強(qiáng)度提高15%),可替代Ti-1023鈦合金大量應(yīng)用于飛機(jī)起落架和飛機(jī)骨架結(jié)構(gòu)件中。Ti5553在車削過(guò)程中極易產(chǎn)生速度敏感性、顫振、不斷屑等現(xiàn)象,生產(chǎn)過(guò)程中具有切削力大,振動(dòng)幅度大,振動(dòng)頻率高等特點(diǎn),極易造成系統(tǒng)共振,使加工過(guò)程存在安全隱患。由于Ti5553的難加工性,低溫液氮冷卻以其優(yōu)異的冷卻性能和良好的可實(shí)現(xiàn)性已逐漸取代了常規(guī)冷卻加工,在金屬加工領(lǐng)域扮演了越來(lái)越重要的角色。液氮低溫切削能夠大幅降低切削溫度,減小刀具磨損,提高工件的表面完整性,從而在確保加工質(zhì)量的前提下提高加工效率。因此,本文針對(duì)鈦合金Ti5553液氮低溫切削過(guò)程穩(wěn)定性展開(kāi)理論和試驗(yàn)方面的研究,并進(jìn)一步對(duì)液氮低溫車削顫振抑制裝置進(jìn)行研究,最后對(duì)穩(wěn)定性模型與顫振抑制裝置進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)證。主要內(nèi)容如下:針對(duì)柔性工件液氮低溫車削加工過(guò)程,考慮精確的刀片邊緣幾何和再生效應(yīng),建立車削穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)模型,并基于切比雪夫配點(diǎn)法沿切削刃離散主偏角和切削力模型的變化切削系數(shù),以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)方程的時(shí)域求解。針對(duì)柔性工件液氮低溫車削加工中的切削振動(dòng)特點(diǎn),分別選取電流變材料、電流變液雙電極復(fù)合材料和超磁致伸縮制動(dòng)器作為顫振控制的致動(dòng)器,建立基于切削顫振抑制結(jié)構(gòu),對(duì)其顫振抑制作用原理進(jìn)深入的理論和仿真分析,并給出切削顫振抑制結(jié)構(gòu)作用的條件。基于穩(wěn)定性模型獲取的穩(wěn)定域閾值和車削加工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信號(hào),分別應(yīng)用智能電流變液技術(shù)、智能電流變液雙電極復(fù)合結(jié)構(gòu)和超磁致伸縮制動(dòng)器設(shè)計(jì)三種切削顫振抑制結(jié)構(gòu),對(duì)顫振抑制結(jié)構(gòu)的顫振抑制作用進(jìn)行深入的理論分析,并提出此種裝置的顫振抑制條件和相應(yīng)的改進(jìn)措施。通過(guò)模態(tài)試驗(yàn),獲取液氮低溫車削系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)以得到車削過(guò)程的穩(wěn)定性極限;通過(guò)提取車削過(guò)程中的切削力與振動(dòng)信號(hào)特征,利用參數(shù)驗(yàn)證的方法驗(yàn)證車削過(guò)程穩(wěn)定性預(yù)測(cè)模型的正確度和準(zhǔn)確性;此外,在外加電場(chǎng)作用下進(jìn)行切削系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性激振實(shí)驗(yàn),將三種車削顫振抑制結(jié)構(gòu)應(yīng)用于細(xì)長(zhǎng)軸零件的車削加工過(guò)程中,通過(guò)改變工件懸伸長(zhǎng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度等因素,獲得其參數(shù)變化對(duì)顫振抑制的影響規(guī)律,以驗(yàn)證顫振抑制裝置的抑振效果。
【圖文】：

.1.1 課題來(lái)源本 課 題 來(lái) 源 于 ： 國(guó) 家 自 然 科 學(xué) 基 金 “ 液 氮 低 溫 切 削 鈦 合 金i-5Al-5V-5Mo-3Cr 刀具失效界限和加工特性研究”(編號(hào)：51475126)。.1.2 研究的目的和意義近年來(lái)，以習(xí)近平總書(shū)記為核心的黨中央領(lǐng)導(dǎo)小組不斷緊抓現(xiàn)代化科技強(qiáng)戰(zhàn)略、科技強(qiáng)軍戰(zhàn)略，使得我國(guó)在航空航天領(lǐng)域?qū)︼w行器的要求要愈加嚴(yán)格高精尖。鈦合金以其高強(qiáng)度、高耐熱性與高抗腐蝕性能等眾多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越到航空航天領(lǐng)域的青睞，并在造船、醫(yī)療、化工等部門(mén)得到了廣泛應(yīng)用[1]。合金 Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr(Ti5553)是一種亞穩(wěn)態(tài)近 β 相鈦合金，以其高強(qiáng)度、韌性、高滲透性和低偏析性等優(yōu)勢(shì)，贏得了國(guó)際上的高度評(píng)價(jià)，并獲得了世最先進(jìn)、高強(qiáng)度、高韌性鈦合金材料的美譽(yù)（相對(duì)于 Ti-1023，強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)了大度提高），因此，飛機(jī)起落架及骨架結(jié)構(gòu)件中都在大量使用鈦合金 Ti5553，如 1-1 所示[2,3,4]。

證加工精度等現(xiàn)象；(3)鈦合金 Ti5553 切削過(guò)程中刀具與切屑接觸區(qū)域較小，接觸長(zhǎng)度較短，屑不易卷曲，極易造成不斷屑現(xiàn)象，嚴(yán)重的或?qū)е虑行祭p繞在刀具/工件削過(guò)程帶來(lái)麻煩；(4)鈦合金 Ti5553 加工過(guò)程中切削力較大，振動(dòng)幅度較大，振動(dòng)頻率較高造成系統(tǒng)共振，使加工過(guò)程存在安全隱患。由于 Ti5553 的難加工性，液氮低溫冷卻技術(shù)以其優(yōu)異的冷卻性能和良好現(xiàn)性已逐漸取代了常規(guī)冷卻加工，在金屬加工領(lǐng)域飾演著更為重要的角低溫切削能夠大幅降低切削熱，減小刀具磨損，提高工件的表面完整性在確保質(zhì)量的前提下提高效率。液氮低溫切削如圖 1-2 所示。工件材料低溫環(huán)境下，其硬度會(huì)發(fā)生變化，必然引起徑向力隨之變化，，同時(shí)切屑會(huì)變得與常規(guī)不同，而且切削力在液相-汽相轉(zhuǎn)變時(shí)也會(huì)收到?jīng)_擊，這些對(duì)切削穩(wěn)定性帶來(lái)直接影響[5-11]。然而，當(dāng)下國(guó)內(nèi)外對(duì)液氮低溫環(huán)境的切性研究才剛剛起步，僅美國(guó)的 Jawahi 等通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了干式切削和低溫切削穩(wěn)定性的對(duì)比分析[12]，缺乏基礎(chǔ)研究。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG506.7

【參考文獻(xiàn)】

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