高速铣削高温合金GH4169理论与实验研究

论文摘要

高温镍基合金GH4169是典型的难加工材料,广泛应用于航空航天工业中。由于其导热系数小、摩擦系数大以及切屑与前刀面接触面积小等原因,使得在高速切削加工时存在切削力大、切削温度高、刀具磨损严重等因素,影响其加工效率的提高,本文以镍基高温合金GH4169为研究对象,对高速铣削的铣削力、表面粗糙度、摩擦角剪切角以及铣削温度进行了理论和实验研究。对高速切削加工技术进行了概要说明,高速切削以其特有的优点将成为今后切削加工的主流,另外随着难加工材料在工业生产中日益广泛的使用,对其高速加工技术的研究更是热点课题。通过简化切削加工模型,建立了二维铣削力模型,在此基础上建立了三维斜角切削的切削力模型;对高速铣削GH4169铣削力进行了正交实验和单因素实验,实验证明正交实验结果与单因素实验结果具有一致性,对正交实验数据运用最小二乘法建立了高速铣削GH4169的铣削力预测模型,并对铣削参数对铣削力影响规律的原因进行了分析。对高速铣削表面形成机理进行探讨,建立了表面粗糙度表面残留最大高度几何模型和塑性变形高度力学模型;对高温合金GH4169进行表面粗糙度的正交实验和单因素实验,对铣削参数对表面粗糙度的影响规律进行了分析,根据正交实验数据采用最小二乘法建立了高速铣削高温合金GH4169的粗糙度预测经验模型。建立了高速加工理论切削力的公式,可以看出摩擦角和剪切角对于理论切削力有着重要的影响,并推导出高速加工条件下剪切角的计算公式;通过车削实验得到了特定切削条件下的摩擦角、剪切角大小,分析了切削速度对摩擦系数的影响规律及原因。最后对高速铣削温度场进行了探讨,对高速铣削高速线热源进行了简化求解,建立了高速铣削温度场的解析公式;对高温合金GH4169进行了高速铣削温度实验,建立了铣削温度随铣削参数的变化规律曲线,并对其原因进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高速切削加工技术简介
• 1.1.1 高速切削的速度界定和优点
• 1.1.2 高速切削加工发展历程和研究现状
• 1.1.3 高速切削加工关键技术
• 1.2 难加工金属材料高速切削加工概况
• 1.2.1 难加工金属材料概述
• 1.2.2 难加工金属材料的高速切削加工
• 1.3 本课题的研究意义和主要内容
• 第2章 高速铣削高温合金GH4169 的铣削力研究
• 2.1 高速铣削加工基本理论
• 2.1.1 铣削加工简介
• 2.1.2 高速铣削铣削力模型的建立
• 2.2 高速铣削GH4169 的铣削力实验
• 2.2.1 实验条件、方案及结果
• 2.2.2 GH4169 的铣削力经验模型
• 2.2.3 正交实验铣削参数对铣削力的影响规律及原因分析
• 2.2.4 单因素实验铣削参数对铣削力的影响规律及原因分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 高速铣削高温合金GH4169 的表面粗糙度研究
• 3.1 高速切削加工表面粗糙度概述
• 3.1.1 高速切削的表面形成特征
• 3.1.2 高速铣削表面粗糙度的影响因素
• 3.1.3 表面粗糙度的形成机理
• 3.2 高速铣削GH4169 的表面粗糙度实验
• 3.2.1 实验条件、方案及结果
• 3.2.2 正交实验粗糙度变化规律分析
• 3.2.3 单因素实验粗糙度变化规律分析
• 3.2.4 表面粗糙度预测模型的建立
• 3.3 本章小结
• 第4章 高速切削GH4169 的摩擦系数和剪切角研究
• 4.1 高速切削加工时的摩擦系数和剪切角
• 4.1.1 切削加工切屑变形的基本原理
• 4.1.2 高速切削加工理论切削力公式
• 4.1.3 剪切角φ和摩擦系数μ讨论
• 4.2 摩擦系数和剪切角的实验研究
• 4.2.1 实验条件
• 4.2.2 实验结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 高速铣削高温合金GH4169 的铣削热研究
• 5.1 高速铣削温度场的理论探讨
• 5.1.1 固体导热的微分方程
• 5.1.2 热源解析法在高速铣削温度场中的应用
• 5.1.3 高速铣削线热源平均热强q l 的确定
• 5.1.4 高速铣削温度场解析公式的建立
• 5.2 高速铣削温度实验
• 5.2.1 实验条件与方案
• 5.2.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文
• 致谢