钛合金高速铣削刀具失效及加工表面质量实验研究

论文摘要

钛合金具有比强度高、耐热性和耐蚀性好等许多优异的物理、力学性能,在各工业领域特别是航空航天领域得到日益广泛的应用。然而,钛合金的热导系数低、弹性模量小、化学活性高且加工过程中刀-屑接触面积小,易导致刀具磨损严重、加工表面质量变差,是一种典型的难加工材料。本文以钛合金Ti6A14V高速铣削为研究内容,系统研究了高速铣削钛合金时的切削力、切削温度、刀具磨损和刀具寿命及加工表面完整性等问题。采用涂层硬质合金可转位立铣刀对钛合金TC4进行了高速铣削实验,研究了铣削力随切削参数的变化规律,采用回归分析法建立了铣削力的经验公式,对揭示高速切削过程的切削变形机理、改善工件加工表面质量和提高刀具寿命等具有重要的理论和实际价值。采用红外热像仪测温法获取切削温度实验数据,分析了切削参数及刀具后刀面磨损状态对切削温度的影响规律。通过刀具磨损实验以及SEM观察分析,研究了钛合金高速铣削加工刀具磨损的形态和机理；建立了刀具寿命的经验模型,为刀具寿命预报和切削工艺优化提供支持。从表面粗糙度、已加工表面残余应力和金相组织变化等方面研究了高速铣削钛合金TC4时加工表面完整性,分析了铣削用量对表面完整性的影响规律。研究结果表明高速切削在一定程度上可以改善已加工表面完整性,对改善工件质量及提高加工效率具有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 高速切削加工技术概述
• 1.2.1 高速切削加工技术的发展与应用
• 1.2.2 高速加工技术研究现状
• 1.3 钛合金高速切削技术研究现状
• 1.3.1 钛合金的性能及应用
• 1.3.2 钛合金的加工特点
• 1.3.3 钛合金高速铣削切削力研究现状
• 1.3.4 钛合金高速铣削切削温度研究现状
• 1.3.5 钛合金高速铣削刀具磨损研究现状
• 1.3.6 钛合金高速切削表面完整性研究现状
• 1.4 存在的主要问题
• 1.5 课题的研究意义及研究内容
• 1.5.1 课题的研究意义
• 1.5.2 课题的研究内容
• 第2章 钛合金高速铣削切削力研究
• 2.1 铣削加工过程分析
• 2.1.1 铣削加工的特点
• 2.1.2 可转位铣刀几何模型分析
• 2.2 钛合金TC4高速铣削切削力正交实验研究
• 2.2.1 实验条件与方法
• 2.2.2 正交实验设计
• 2.2.3 实验数据处理
• 2.2.4 实验结果分析
• 2.2.5 切削力回归模型的建立
• 2.4 钛合金TC4高速铣削切削力单因素实验
• 2.4.1 单因素实验设计
• 2.4.2 实验结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 钛合金高速铣削切削温度实验研究
• 3.1 切削温度的测量
• 3.1.1 实验条件与方法
• 3.1.2 红外辐射测量原理
• 3.2 铣削参数对切削温度的影响
• 3.2.1 轴向切削深度对切削温度的影响
• 3.2.2 切削速度对切削温度的影响
• 3.2.3 每齿进给量对切削温度的影响
• 3.2.4 径向切削深度对切削温度的影响
• 3.3 刀具磨损对切削温度的影响
• 3.4 切削温度的经验公式
• 3.5 本章小结
• 第4章 钛合金高速铣削刀具失效及寿命研究
• 4.1 钛合金高速铣削刀具磨损过程分析
• 4.1.1 实验方案及条件
• 4.1.2 钛合金高速铣削刀具磨损过程分析
• 4.2 钛合金高速铣削刀具磨损形态分析
• 4.2.1 后刀面磨损形态分析
• 4.2.2 前刀面磨损形态分析
• 4.3 钛合金高速铣削刀具磨损机理分析
• 4.3.1 磨粒磨损
• 4.3.2 黏结磨损
• 4.3.3 氧化磨损
• 4.3.4 扩散磨损
• 4.3.5 涂层剥落
• 4.3.6 裂纹
• 4.4 钛合金高速铣削刀具寿命实验研究
• 4.4.1 刀具寿命经验模型
• 4.4.2 切削参数对刀具寿命的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 钛合金高速铣削表面完整性研究
• 5.1 机械加工表而完整性对零件使用性能的影响
• 5.1.1 表面完整性对耐磨性的影响
• 5.1.2 表面完整性对疲劳强度的影响
• 5.1.3 表面完整性对耐蚀性的影响
• 5.2 钛合金加工表面完整性的评价指标
• 5.3 钛合金高速铣削加工表面粗糙度
• 5.3.1 正交实验及结果分析
• 5.3.2 单因素实验及结果分析
• 5.4 钛合金高速铣削加工表面残余应力分析
• 5.4.1 残余应力测试仪器及原理
• 5.4.2 实验结果与分析
• 5.5 钛合金高速铣削加工表面层显微组织
• 5.5.1 实验准备
• 5.5.2 显微组织分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表