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钛锭切削加工专用刀具的开发及应用

张烘州  
【摘要】: 钛合金具有比强度高、抗蚀性强和高温性能好等优良性能,已成为现代工业中不可缺少的结构材料。随着工业的发展,对钛锭的需求量陡增,同时对钛锭的质量要求也越来越高,如要求钛锭表面无杂质,组织均匀,表面质量优异等。目前,钛锭的剥皮和平头加工一般采用硬质合金刀具,然而钛锭剥皮和平头属于重载切削,刀具磨损过快,常以非正常刃口破损为主,从而引入钨污染,导致材料组织不均、夹杂物应力集中、加工效率低等问题。 针对这一现状,本文结合钛合金切削试验及有限元仿真方法,开发出了钛锭切削加工专用车刀,满足了钛锭在切削加工中对刀具抗冲击性强和耐磨性好的要求,避免了刀具在加工中因磨损、破损而引入钨污染。论文的主要研究内容包括: 1、通过试验设计对钛合金进行切削实验,针对钛锭钨污染地问题,研究了钛合金加工中刀具的磨损形态、磨损机理以及刀具的破损机理;针对加工表面质量差和加工效率低等问题,提出了用于表面粗糙度预测的多元回归模型,建立了表面粗糙度的等值响应曲面,并通过响应曲面法对加工参数进行优化;分析了加工参数对切削力的影响规律,为开展先进刀具的开发做好理论基础。 2、结合钛锭剥皮和平头的特点,从刀具材料、刀具刃口强化和刃口精化、刀具几何角度、排屑断屑性能、刀具切削余量分配和刀具装夹方式等方面,进行高性能刀具的设计与制作。选择PCBN作为刀具基体材料,开发出了圆形刀片组合方形刀片的双刀片车刀,既满足了单次切深很大的剥皮工序,又极大地提高了刀具寿命。配合平头加工,开发出了既能进行平头加工也能进行外圆剥皮加工的45度偏角单刀头车刀 3、借助有限元数值模拟手段,结合试验设计方法,提出了钛锭切削专用车刀刃口精化的设计方法,建立了钛锭切削加工中切削力、切削温度和等效应力相对于刃口结构参数的指数预测模型,分析了刃口结构参数对切削过程的影响规律,从提高耐用度角度对刃口参数进行最优化处理。采用单因素法,考察了刀具前、后角度对切削过程的影响规律,对刀具前、后角度进行优化匹配。确定出适合该专用刀具最优的加工参数。


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