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《山东大学》 2006年
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高速铣削航空铝合金刀具失效机理及刀具寿命研究

万熠  
【摘要】:高速切削加工技术是先进实用的制造技术,正成为切削加工的主流,具有强大的生命力和广阔的应用前景。然而,高速切削刀具的工作条件比在普通切削加工下更为恶劣,刀具失效过快一直是制约高速切削加工广泛应用的一个关键问题。高速切削时,刀具具有不同于普通切削的失效机理,需要新的理论和方法来进行研究。航空航天行业是高速切削技术应用最为广泛的行业之一,在高速铣削航空铝合金时遇到了刀具失效等方面的许多问题。本文针对高速铣削航空铝合金7050-T7451的刀具失效机理和刀具寿命进行了系统研究。 高速切削时切削加工工艺对刀具的早期失效有着重要的影响,研究了高速铣削航空铝合金时刀具的合理选用和高速切削共振区的判定方法。根据变速度单因素实验测出切削力和表面粗糙度,提出了一种具有可操作性的判断高速切削共振区的方法。研究表明,这种方法和理论分析一致,从而证明了其可行性。 研究了高速铣削7050-T7451时的切削变形程度、切屑形成和剪切角。指出高应变、高应变率和高温是高速切削不同于普通切削的特点。通过快速落刀实验研究了切屑根部形貌,剧烈扭曲的滑移线间接证明了粘结磨损存在。通过实验分别研究了高速车削和高速铣削7050-T7451时的切屑形态及变化规律。 研究了整体涂层硬质合金刀具和超细晶粒硬质合金可转位刀具高速铣削航空铝合金的铣削力及其变化规律。首先利用七参数法对圆弧头立铣刀进行了几何建模,然后建立了两种切削刀具的力学模型,最后分别对整体式和可转位式圆弧头铣刀进行了切削力正交实验,建立了铣削力经验公式。 研究了高速铣削航空铝合金7050-T7451时的切削温度。提出了高速铣削航空铝合金切削温度的“导热反求”方法,利用红外热像仪和数值模拟方法确定了铣削过程中的切削温度。通过研究发现切削温度随切削速度提高而升高,到了1000m/min后升高幅度变缓,证明M.C.Gee曲线比Salomon曲线更具合理性。通过高速断续车削实验得到了切削与空切时的温度差,为求解刀具所受到的热应力提供了基础数据。 建立了基于高速切削过程热力耦合不均匀强应力场的刀具失效理论,并将其运用到分析高速铣削航空铝合金的刀具磨损和刀具寿命研究中,利用数值模拟方法研究了热力耦合不均匀强应力场对高速铣削刀具失效的影响。通过研究发现,热力耦合不均匀强应力场的等效应力远远小于超细晶粒硬质合金的抗拉强度,刀具因高周循环应力冲击而逐渐破坏,表明应力疲劳对刀具失效起到重要作用。通
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG714

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【引证文献】
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10 太原东山煤矿有限责任公司 王志荣;自润滑刀具材料研究[N];山西科技报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高宏力;切削加工过程中刀具磨损的智能监测技术研究[D];西南交通大学;2005年
2 王苏安;面向全寿命周期管理的刀具直接标识与信息追踪技术研究[D];西北工业大学;2007年
3 宋文龙;微池自润滑刀具的研究[D];山东大学;2010年
4 王立辉;全断面岩石掘进机刀具磨损状态的分析与识别[D];天津大学;2012年
5 陈侃;基于多模型决策融合的刀具磨损状态监测系统关键技术研究[D];西南交通大学;2012年
6 张辉;硬脆刀具材料的高温摩擦磨损特性及机理研究[D];山东大学;2011年
7 刘敏;等离子表面改性技术在刀具材料中的应用[D];中国科学技术大学;2012年
8 陈洪涛;基于多参量信息融合的刀具磨损状态识别及预测技术研究[D];西南交通大学;2013年
9 孙玉晶;钛合金铣削加工过程参量建模及刀具磨损状态预测[D];山东大学;2014年
10 关山;基于声发射信号多特征分析与融合的刀具磨损分类与预测技术[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘焕领;插铣过程刀具磨损监测技术研究[D];天津大学;2007年
2 庄子杰;基于声发射和振动法的刀具磨损状态检测研究[D];上海交通大学;2009年
3 李玉波;插铣数据库及刀具磨损监测技术的研究[D];天津大学;2009年
4 蒋新宇;基于特征的刀具智能选取及其数据管理技术研究[D];浙江大学;2003年
5 刘灿;基于环境因素的刀具材料选择方法研究[D];武汉科技大学;2011年
6 宫金良;刀具控制系统的研究与开发[D];河北工业大学;2003年
7 亓婷;微织构自润滑刀具的结构设计研究[D];山东大学;2012年
8 贾伟广;基于膜计算的刀具故障诊断研究[D];西华大学;2012年
9 王东磊;航空零件切削中刀具磨损实时监测技术研究[D];沈阳航空工业学院;2009年
10 赵震宇;小木块加工机研制及刀具强度的有限元分析[D];东北林业大学;2009年
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