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《上海交通大学》 2011年
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基于微量润滑技术的涂层刀具高速切削钛合金性能研究

韩舒  
【摘要】:钛合金以其优异的物理机械性能,被广泛应用于航空航天领域。但是,钛合金的导热系数低、弹性模量小、化学活性高,切削加工性能差,是一种典型的难加工材料。在钛合金高速切削过程中,容易产生很高的切削温度,导致刀具磨损加快、表面质量难以控制,而低的切削速度导致加工效率难以提高。另外,出于减轻重量和保证强度的需要,航空用钛合金零件大量采用薄壁件和桁架结构,多数情况下,毛坯材料的绝大部分要被当作切削余量去除掉,造成较高的切削成本。因此,低下的生产效率和加工质量与不断增长的加工需求已构成矛盾,成为制约航空航天制造业发展的瓶颈之一。 实现钛合金的高速、高效切削加工,刀具是关键。近年来世界各工业发达国家都在致力于开发与高速、高效、高质切削加工相匹的先进切削刀具。刀具材料对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等影响很大。涂层技术在切削刀具中得到越来越广泛的应用,性能优异的涂层可以显著改善刀具表面性能,提高其高温硬度、隔热性能、热稳定性、冲击韧性等,从而大幅提高刀具的切削速度和寿命。同时,微量润滑技术作为一种有效的绿色制造技术,在钛合金的切削磨削中也得到了广泛的研究应用,而且MQL与新型刀具的结合使用也方兴未艾。 针对目前钛合金加工的研究现状,本文通过钛合金车削实验,分别在干切削与MQL条件下系统研究了不同特性的新型涂层刀具的切削加工性能,为生产实际中钛合金的加工提供了一定的参考依据。论文的主要研究内容包括: 1.采用正交实验设计,从切削力、加工表面质量等指标考察所选涂层刀具在MQL条件下切削性能,建立了钛合金切削加工中切削力、表面粗糙度相对于切削参数的指数预测模型,深入分析切削用量的变化对切削力和表面粗糙度的影响规律。 2.根据已建立的切削力、表面粗糙度的回归模型,建立了相应的等值响应曲面,运用基于耦合响应曲面的多目标优化方法,对加工参数进行优化,并得到了验证,为在实际生产中选择最优切削用量提供分析问题和解决问题的理论方法。 3.对正交实验中典型切削参数下切屑形态进行金相分析,研究在不同切削条件下切屑形态的演变过程和变化规律,指出钛合金锯齿形切屑主要由绝热剪切现象产生。 4.根据得出的优化结果,分别在干切削和MQL条件下评估不同特性涂层刀具在优化参数下的磨损过程,拍照记录每组参数下的后刀面磨损情况,绘制完整的磨损曲线,研究刀具磨损曲线变化规律,通过扫描电子显微镜(SEM)观察刀具磨损形式并探测磨损刀具的表面成分,对涂层刀具的寿命及磨损形态进行深入地对比分析,同时探讨刀具磨损机理,为生产线刀具使用提供依据。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG506

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