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新型低温MQL装置的研制与难加工材料低温高速切削机理研究

苏宇  
【摘要】: 难加工材料在航空航天工业、兵器工业、化学工业及电子工业中有着广泛的应用。但刀具的快速磨损是制约难加工材料加工效率提高的瓶颈,而低温MQL切削技术是在目前已有的工艺基础上能进一步提高难加工材料加工效率的有效途径之一。本文针对低温MQL切削的关键技术,以及其在难加工材料加工中的应用等问题进行探索性研究。主要研究工作包括: 1.采用复合制冷方法研制了一种新型低温MQL装置,并对其进行了较为全面的性能测试。结果表明,该装置具有制冷速度快、负荷可调性强、调节响应能力好、可靠性高、易于实现冷风温度的连续调节和精确控制等优点,为低温MQL切削技术的研究与应用提供了一种新的有效手段。 2.通过不同冷却润滑条件下钛合金高速切削时的切削温度、切削力、及刀具前刀面摩擦状况的对比试验分析,研究了低温MQL的冷却润滑作用,发现了低温MQL在高速切削中的冷却润滑作用机理:低温MQL对切削区良好降温效果减少了润滑油因切削高温而蒸发,且益于润滑膜强度的保持,进而提高了润滑油的润滑效果。 3.通过镍基高温合金的高速车削试验,研究了冷却润滑条件对刀具磨损、表面粗糙度和切屑形态的影响;分析了低温MQL条件下高速车削镍基高温合金的刀具磨损机理,探讨了低温MQL对镍基高温合金高速车削切屑形态的影响作用机理。 4.分析了低温MQL条件下硬质合金刀具高速铣削钛合金的刀具磨损、破损机理,指出刀具磨损机理主要为粘结磨损和扩散磨损,破损机理主要为热裂破损;低温MQL改善了摩擦接触状态,抑制了粘结磨损和扩散磨损,其润滑作用是延长高速铣削钛合金刀具寿命的主要原因;研究了高速铣削钛合金时刀具的热裂破损,发现湿式切削由于热疲劳引起热裂纹以很快的速度形成与扩展,刀具在铣削初期便发生严重的热裂破损而失效,而低温MQL条件下刀具虽然也会出现热裂纹,但一般不会因热裂纹导致刀具的早期破损。


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