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《华南理工大学》 2011年
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具有微结构功能表面的刀具及车削性能研究

何建林  
【摘要】:当今,钛合金因重量轻、比强度高等性能已经开始应用到航空、汽车、医疗等高附加值产业中,它是一种节能减排较好的零部件材料。但是,钛合金的车削加工非常困难,这是因为钛合金导热性较差且易与刀具表面发生化学反应,出现粘刀现象,导致刀具快速磨损。因此,提出在刀具前刀面上加工出微米尺度的微结构,将切削区域的热量和切屑快速排除,实现钛合金的高效切削加工。 本文针对典型的钛合金Ti-6Al-4V(TC4)难加工材料,选择硬质合金车刀进行车削加工试验。在车刀的前刀面加工平行阵列微沟槽和倾斜微沟槽两种形式。通过对实验数据的分析和处理,研究车刀前刀面的微结构特征车削钛合金时对刀具的磨损,断屑长度、切屑形态和工件表面粗糙度的影响。 研究结果表明: (1)、高速切削钛合金时光滑表面车刀损坏形态主要包括前刀面磨损、刀尖磨损、后刀面磨损、沟槽磨损、崩刃,磨损机理主要是粘结磨损,化学磨损(包括氧化磨损和扩散磨损),沟槽磨损,以及脆性破损;平行微沟槽车刀、倾斜微沟槽车刀磨损形态主要是前刀面磨损、刀尖磨损、后刀面磨损,磨损机理主要是化学磨损和边界磨损。 (2)、车刀前刀面的微结构特征对车刀磨损的影响较大。在钛合金切削加工中,平行微沟槽、倾斜微沟槽的车刀比光滑表面车刀可以减少前刀面和后刀面的磨损面积9.09%、15.3%和9.4%、15.4%。此外,光滑表面的传统车刀加工钛合金后车刀尖端有较大的破损,但是,有微沟槽的车刀刀尖并无破损现象。 (3)、在断屑长度和切屑形态的方面,光滑表面的车刀的切屑较长,整体形态显现卷团状,而平行微沟槽车刀切屑长度较短,整体形态成短条状。倾斜微沟槽的车刀切屑长度最短,整体形态成颗粒状。它们的平均断屑长度分别为67mm、24mm、7mm。 (4)、平行微沟槽车刀和倾斜微沟槽车刀前刀面的微结构在帮助断屑和散热,降低切削温度的同时,抑制了积屑瘤的产生,特别是倾斜微沟槽车刀前刀面的微结构在改善表面粗糙度均匀性方面作用更明显。虽然加工的表面粗糙度并无改善,但是平行微沟槽车刀、倾斜微沟槽车刀比光滑表面车刀在表面粗糙度均匀性分别可提高了41.7%,75.5%。 因此,采用微结构功能表面的硬质合金车刀可以实现钛合金的高效切削加工,这为选择合适刀具结构加工钛合金材料提供了重要的依据,对他开拓钛合金零部件的应用市场具有较好的产业前景。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG51

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