PCBN高速切削钛合金实验研究

论文摘要

钛合金以其突出的性能优点,在国防工业和民用工业中应用广泛,特别是在航空领域的应用极为广泛。由于目前飞机上的钛合金零件多数是薄壁件,加工时工件去除率相当大,而钛合金同时又是难加工材料,切削效率低,刀具磨损严重,用钛合金制成薄壁件在切削加工中易变形,因此钛合金的切削加工问题一直是航空业亟待解决的难题。随着高速切削加工技术的推广应用,钛合金的高速切削加工近年来也成了国内外研究的热点。国内外对钛合金的切削加工方面做了许多研究,取得了一定的进展,其中包括切削性能和表面完整性、刀具磨损和刀具寿命等。但是由于钛合金的难加工性,多数研究还停留在低速下。论文针对钛合金Ti6A14V的高速加工,分别在切削力、表面质量、刀具损坏形态和损坏机理,以及刀具寿命四个方面进行了理论和实验研究,为钛合金加工提供合理的切削参数,并为研制加工钛合金的新型刀具材料和提高刀具寿命提供思路。切削力是切削过程中重要的物理参数之一,它的大小直接影响到加工精度和加工质量。表面粗糙度作为表面质量的一个衡量标准,它的大小间接反映了刀具在切削过程中的磨损、破损情况。论文针对PCBN刀具材料和钛合金Ti6A14V工件材料的特点,采用单因素试验法,对切削力和已加工表面粗糙度进行研究,通过与其它刀具材料作对比,证明了PCBN在高速、低进给量、低背吃刀量下切削钛合金可以得到较平稳的切削力和较低的工件已加工表面粗糙度。刀具损坏直接影响到刀具的使用寿命和已加工表面质量,在实际生产中影响加工成本和加工效率。论文通过扫描电子显微镜（Scan ElectronMicroscopy,SEM）观察和能量分散光谱（Energy Dispersive X-raySpectroscopy,EDS）扫描分析,对PCBN高速切削钛合金Ti6A14V时,刀具的损坏形态和损坏机理进行了研究,发现PCBN刀具损坏形式是磨损和破损。刀具损坏机理主要是机械磨损、化学磨损和脆性破损。研究还证明了在不同的切削条件下,占主导地位的损坏机理有所不同,当切削用量处于低水平或切削初期和中期时,以机械磨损为主,而随着切削用量的增加或是切削后期,切削热增加,化学磨损和脆性破损越来越突出。刀具寿命作为高速切削加工技术的关键,成为国内外研究者研究的热点问题。论文主要采用对角正交回归试验法,求得刀具寿命的经验公式,并分析了切削用量对刀具寿命的影响,即背吃刀量对刀具寿命的影响最大,其次是切削速度,进给量影响的最小。通过对刀具寿命的分析,阐述了刀具的磨损规律,即当进给量和背吃刀量都处于低水平时,切削初期磨损快速增加;切削中期磨损平稳;切削后期磨损急剧增加。当进给量和背吃刀量都处于高水平时,刀具破损严重,刀具寿命很短,没有规律可循。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 钛合金的高速切削加工
• 1.1.1 钛合金的种类及应用
• 1.1.2 钛合金的性能特点
• 1.1.3 钛合金加工技术的研究现状
• 1.2 PCBN刀具切削钛合金
• 1.2.1 PCBN概述
• 1.2.2 PCBN的性能特点
• 1.2.3 PCBN高速切削钛合金的研究现状
• 1.3 研究存在的问题
• 1.4 课题的来源和意义
• 1.5 课题研究的内容和方法
• 第2章 钛合金高速车削加工试验方案
• 2.1 试验方法
• 2.1.1 单因素切削试验
• 2.1.2 正交试验
• 2.2 试验系统
• 2.2.1 机床
• 2.2.2 刀具材料
• 2.2.3 工件材料
• 2.2.4 测力装置
• 2.2.5 其他仪器
• 2.3 本章小结
• 第3章 PCBN高速切削钛合金切削力和表面质量的研究
• 3.1 切削力的研究
• 3.1.1 切削力的变化规律
• 3.1.2 切削用量对切削力的影响
• 3.1.3 刀具材料对切削力的影响
• 3.2 表面质量
• 3.3 本章小结
• 第4章 PCBN高速切削钛合金刀具损坏形态和损坏机理的研究
• 4.1 刀具的损坏形态
• 4.1.1 前刀面磨损
• 4.1.2 后刀面磨损
• 4.1.3 沟槽磨损
• 4.1.4 刀具破损
• 4.2 刀具损坏机理
• 4.2.1 机械磨损
• 4.2.2 化学磨损
• 4.2.3 脆性破损
• 4.3 本章小结
• 第5章 PCBN高速切削钛合金刀具寿命的研究
• 5.1 刀具寿命
• 5.1.1 刀具寿命经验公式的建立
• 5.1.2 切削用量对刀具寿命的影响
• 5.2 刀具磨损规律
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表