静电冷却辅助干式切削钛合金的试验研究

论文摘要

静电冷却干式切削技术是干式切削的一种,它的基本原理是将压缩气体电离,然后输送到切削区域,对刀具和工件的切削部位实施冷却,生成的氧化膜将对切屑底部和刀具的前刀面进行润滑,进而完成整个的切削过程。钛合金TC11在高温状态下具有良好的抗蠕变性能和热强性能,切削加工性能良好。因此,本文通过实验得到相关结论,进而说明采用静电冷却技术来切削TC11钛合金,对提高切削效率、表面加工质量、刀具耐用度等方面具有显著的效果。本文在研究了静电冷却干式切削的机理和汤逊气体放电理论基础上,设计并制造了静电冷却干式切削装置系统。该装置系统主要包括静电场装置、供电电源装置、空气压缩装置等。在研究了TC11性能的基础上,分析了切削TC11钛合金时的刀具材料、刀具几何角度以及切削参数,并设计了基于上述装置的切削试验。试验结果表明:与常规切削相比,静电冷却干式切削能够明显地降低切削区域的温度,改善工件材料的表面质量;静电冷却条件下的切削力要比常规切削工况下的小。本论文还采用了ABAQUS分析软件对静电冷却干式切削TC11钛合金的过程进行有限元的仿真模拟。通过对比有限元模拟出来的切削力与实际过程的切削力,进而研究TC11钛合金的切削性能以及相关因素的影响规律,同时提出了一些相应的措施,这对今后的实际应用具有很好的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 国内外有关静电冷却干式切削的研究
• 1.2.1 国外的情况
• 1.2.2 我国的情况
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 干式切削的研究
• 2.1 干式切削
• 2.1.1 干式切削的提出与现状
• 2.1.2 干式切削的种类
• 2.1.3 静电冷却辅助干式切削的特点
• 2.2 静电冷却干式切削的机理
• 2.2.1 静电冷却辅助干式切削的机理研究
• 2.2.2 静电冷却干式切削的作用
• 2.3 本章小结
• 第3章 静电冷却干式切削装置设计
• 3.1 气体放电的基本物理过程
• 3.1.1 气体电介质中带电粒子的产生
• 3.1.2 电极表面带电质点产生
• 3.2 气体放电的基本理论
• 3.2.1 气体放电的主要形式
• 3.2.2 非自持放电与自持放电
• 3.2.3 气体放电的电子雪崩阶段
• 3.2.4 汤逊气体放电理论
• 3.2.5 巴申定律
• 3.2.6 流注理论
• 3.3 静电冷却装置的设计
• 3.3.1 静电场装置的设计
• 3.3.2 空气压缩机的选择
• 3.3.3 电源的选取
• 3.3.4 压缩空气管径的设计
• 3.3.5 静电冷却辅助干式切削装置的要求
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于 ABAQUS 的有限元模拟分析
• 4.1 概述
• 4.1.1 ABAQUS 软件介绍
• 4.1.2 ABAQUS 的分析步骤
• 4.2 切削过程中的有限元模拟
• 4.2.1 几何模型
• 4.2.2 材料模型
• 4.2.3 网格的划分
• 4.2.4 切屑的分离准则
• 4.2.5 刀屑摩擦的定义
• 4.2.6 切削热的产生
• 4.3 模拟分析结果
• 4.3.1 应力场分析
• 4.3.2 应变分析
• 4.3.3 切削力分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 切削钛合金 TC11 的试验规划
• 5.1 钛合金概述
• 5.1.1 钛及钛合金
• 5.1.2 钛合金的性能
• 5.1.3 TC11 钛合金
• 5.2 钛合金TC11 的切削加工性
• 5.3 切削钛合金TC11 的试验方案与规划
• 5.3.1 刀具方案
• 5.3.2 参数方案
• 5.3.3 试验规划
• 5.4 切削实验
• 5.5 静电冷却干式切削钛合金数据分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文