本文關(guān)鍵詞：基于刀具—工件接觸摩擦特性的高溫合金熱切削加工研究　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：高溫合金因其優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、抗氧化性和抗腐蝕性而被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。高溫合金是一種典型的難加工材料,其切削加工效率低、加工成本高。為改善高溫合金的加工性能,提高加工效率和降低加工成本,并考慮與未來增減材集成制造對接,由此開展了本文的研究工作。從高溫合金與典型刀具材料的接觸摩擦特性入手,研究不同溫度下摩擦副的摩擦特性,揭示高溫合金與刀具材料之間的摩擦磨損過程及其機理,為熱輔助切削研究提供理論指導(dǎo);通過高溫合金熱切削仿真深入分析工件預(yù)設(shè)溫度對切削過程中切屑形貌、切削力、溫度場分布及應(yīng)力場分布的影響,探究熱切削時刀-屑接觸特性及機理;研究熱狀態(tài)下高溫合金的切削性能及刀具的磨損機理,為高溫合金高效切削加工刀具優(yōu)選和工藝參數(shù)制定提供理論基礎(chǔ)。開展典型刀具材料與高溫合金的室溫和高溫摩擦特性及磨損機理的研究,將刀具材料與高溫合金做成配對的摩擦副,在不同溫度下采用不同的滑動速度和載荷,對比分析典型刀具材料與三類高溫合金組成的摩擦副的摩擦特性及磨損性能,著重研究溫度對刀具材料與高溫合金間摩擦特性的影響。隨著溫度的升高摩擦副的摩擦系數(shù)及摩擦過程中的振動減小,刀具材料的主要磨損機理由室溫下的粘結(jié)磨損和磨料磨損轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷叵碌难趸p和擴散磨損。刀具材料與GH2132摩擦副和刀具材料與GH4169摩擦副中刀具材料的磨損率在800 ℃時的大小順序為WCSiCSi3N4,其余摩擦副在相同實驗條件下刀具材料的磨損率大小順序為SiCSi3N4WC。基于Abaqus有限元仿真軟件,建立合理的高溫合金熱輔助切削有限元模型,對高溫合金的熱輔助切削過程進行動態(tài)模擬。通過對切削過程中切屑形貌、切削力、溫度場及應(yīng)力場的仿真,研究工件預(yù)設(shè)溫度對熱輔助切削高溫合金時刀-屑接觸特性及機理的影響。隨著工件預(yù)設(shè)溫度的升高,切削力的大小和振動幅度減小,切削過程中工件和刀具所受到的應(yīng)力減小,且刀具表面上的應(yīng)力梯度減小。隨著工件預(yù)設(shè)溫度的升高,切削過程中的絕熱剪切現(xiàn)象減弱,切屑形貌由室溫和400 ℃時的鋸齒形切屑轉(zhuǎn)變?yōu)?00 ℃和800 ℃時的帶狀切屑。工件預(yù)設(shè)溫度的變化對切屑在切削過程中的最大溫度值沒有明顯影響,對其溫度場的分布有較大影響。刀具表面的最高溫度值隨工件預(yù)設(shè)溫度的升高而降低,刀具表面溫度場的分布變化不大,其溫度梯度隨溫度的升高而降低。在切削過程中,工件的應(yīng)變率和應(yīng)變隨工件預(yù)設(shè)溫度的升高而降低。以摩擦磨損實驗中摩擦副的摩擦特性及磨損機理隨溫度的變化規(guī)律及仿真結(jié)果為基礎(chǔ),設(shè)計一種高溫合金熱輔助銑削方法及裝置,展開對高溫合金熱切削性能的研究。在摩擦磨損實驗的指導(dǎo)下,選用Si3N4陶瓷刀具、Si3N4基Sialon陶瓷刀具和硬質(zhì)合金刀具在高溫條件下銑削加工鎳基高溫合金,研究工件預(yù)設(shè)溫度對高溫合金切削性能及刀具磨損形貌和刀具磨損機理的影響。在熱輔助銑削加工鎳基高溫合金時,硬質(zhì)合金刀具的磨損比室溫條件下嚴(yán)重,其磨損量隨著工件預(yù)設(shè)溫度的升高而升高,隨著工件預(yù)設(shè)溫度的升高刀具粘結(jié)磨損情況加劇。Si3N4陶瓷刀具和Sialon陶瓷刀具的磨損量隨著工件預(yù)設(shè)溫度的升高而降低,溝槽磨損和刀具的剝落現(xiàn)象隨著工件預(yù)設(shè)溫度的升高而逐步消失,磨料磨損和粘結(jié)磨損隨著工件預(yù)設(shè)溫度的升高變化不大。相同條件下Sialon陶瓷刀具的磨損量小于Si3N4陶瓷刀具的磨損量。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG506.74

【參考文獻】

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