Inconel 718高效车削工艺优化

论文摘要

镍基合金在整个高温合金领域占有特别重要的地位,它广泛地用来制造航空喷气发动机和各种工业燃气轮机最热端部件,尤以Inconel 718的应用最为广泛。但导热系数低、高温化学活性高和弹性模量小等特点导致它是一种典型的难加工材料,加工过程中存在切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大以及刀具磨损严重等问题。同时,由于航空镍基合金零件的整体结构设计特点,材料去除体积大、加工时间长和加工成本高。因此,较低的工艺水平和加工质量与不断增长的加工需求已构成矛盾,成为制约航空航天业发展的关键瓶颈之一。本文针对高温合金材料Inconel 718的高效车削工艺进行了比较系统的理论及实验研究,具体工作如下：采用SECO公司的TNMG160408刀片在CA6140车床上对Inconel 718进行了一系列切削力实验研究。实验结果表明切向力是最大的切削力,其次是径向力和轴向力。切削力随进给量和切削深度的增大呈线性增大趋势；切削速度对切削力的影响比较复杂,其对切削力的作用存在一个临界值。极差分析表明对切向力影响最大的因素是切削深度,其次是进给量,切削速度的影响最小。研究了切削参数变化对表面粗糙度的影响规律,表面粗糙度随着切削用量的增加呈上升趋势；利用X射线衍射应力测量方法,研究了切削参数对己加工表面残余应力的影响,切削加工中的机械应力和热应力使工件表层材料产生塑性凸出效应,导致残余拉应力的产生。研究了切削参数对切屑宏观形貌和微观形貌的影响。锯齿状切屑是Inconel 718车削过程中的一个重要特征,切削参数变化导致切屑形貌发生明显变化,即从连续切屑转变为不连续切屑；锯齿状切屑厚度变化导致切削力的高频波动,锯齿状切屑生成频率与切削力波动频率之间存在着相关性。借助扫描电镜和能谱分析等,对Inconel 718车削刀具的磨损形态和磨损机理进行了研究。镍基合金车削刀具磨损形态主要为后刀面磨损,沟槽磨损和月牙洼磨损,而磨损机理主要包括粘结磨损、磨粒磨损、氧化磨损等。分析了刀具后刀面磨损量随切削时间的变化规律。研究了刀具磨损对表面粗糙度和切屑形貌的影响。本文深入研究了Inconel 718高效车削过程中的切屑形貌、切削力、表面粗糙度、残余应力和刀具磨损等问题,为提升镍基合金切削工艺水平和促进航空航天业发展提供理论依据和技术支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 Inconel 718性能、应用和加工现状
• 1.2.1 Inconel 718可加工性分析
• 1.2.2 Inconel 718切削加工研究现状
• 1.3 课题研究主要内容
• 第2章 镍基合金车削过程中的切屑形成
• 2.1 Inconel 718车削实验方案
• 2.1.1 实验设计
• 2.1.2 实验刀具及几何参数
• 2.1.3 工件材料的性能
• 2.1.4 实验条件
• 2.2 切屑宏观形貌
• 2.3 镍基合金锯齿状切屑生成频率
• 2.4 本章小结
• 第3章 Inconel 718车削过程中切削力研究
• 3.1 切削力的测量
• 3.2 切削力信号生成频率
• 3.3 切削参数对切削力的影响
• 3.3.1 切削力极差分析
• 3.3.2 切削力线性回归分析
• 3.4 验证实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 表面粗糙度和残余应力
• 4.1 表面粗糙度的形成
• 4.2 表面粗糙度分析
• 4.2.1 实验条件
• 4.2.2 表面粗糙度结果分析
• 4.3 残余应力的形成及其影响
• 4.4 残余应力分析
• 4.4.1 残余应力测量参数的设置
• 4.4.2 残余应力分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 刀具磨损及其对表面粗糙的影响
• 5.1 刀具磨损实验
• 5.1.1 实验设计
• 5.1.2 实验步骤
• 5.1.3 刀具磨钝标准确定
• 5.2 刀具磨损形态分析
• 5.3 刀具磨损机理研究
• 5.3.1 粘结作用及其产生机理分析
• 5.3.2 磨粒作用及其产生机理分析
• 5.3.3 涂层破坏
• 5.3.4 氧化作用及其产生机理分析
• 5.4 刀具后刀面磨损过程分析
• 5.5 刀具磨损对切屑形成的影响
• 5.5.1 刀具磨损对切屑宏观形貌的影响
• 5.5.2 刀具磨损对切屑锯齿化程度的影响
• 5.6 刀具磨损对表面粗糙度的研究
• 5.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与课题
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表