PCBN刀具高压冷却下切削GH4169切屑形成及变形表征研究

摘要

镍基高温合金在高温条件下仍能保持优良的组织稳定性和机械性能，被广泛应用在航空航天等领域。然而，高温合金是一种典型的难加工材料，切削加工性差，切削变形大、切屑不易折断、刀具磨损等严重影响加工质量和效率。采用先进刀具及冷却润滑技术是提升难加工材料切削加工性的重要举措，PCBN刀具在难加工材料方面具有较大潜能，因此，本文针对PCBN刀具高压冷却下切削GH4169切屑形成及变形表征，进行以下研究:
　　首先，对高温合金切屑塑性侧流现象的产生原因及其影响进行分析;并对锯齿形切屑形成过程及变形表征进行研究;考虑高压冷却润滑技术特征，应用切削弯矩理论，建立高压冷却条件下的切屑卷曲折断模型，对切削弯矩进行理论分析，再依据常规切削条件下的切屑折断判据，对高压冷却下的切屑折断界限进行预报，为探讨高压冷却下切屑形成提供理论基础。
　　其次，采用Third Wave AdvantEdge有限元仿真软件，建立高压冷却下高温合金切削加工仿真模型，探讨高压冷却下高温合金的切屑形成过程，分析冷却压力与PCBN刀具刃口参数对断屑效果、切削力、塑性变形的影响，为拓展延伸高压冷却下高温合金切削加工试验提供技术参考。
　　再次，通过PCBN刀具高压冷却下切削GH4169正交试验，以表面粗糙度最小为优化指标，对切削参数进行优化，并以优化结果为基础，进行单因素试验，探究高压冷却下GH4169高温合金的切削加工性，分析切削用量、冷却压力及PCBN刀具刃口参数对切削力、表面粗糙度及切屑宏观形态的影响。
　　最后，对单因素试验收集的切屑进行试样的制备及抛磨，研究高压冷却下的切屑卷曲情况，并验证高压冷却下切屑卷曲折断模型;分析切削用量、冷却压力及刀具刃口参数对切屑塑性侧流现象的影响;探讨高压冷却下高温合金的锯齿形切屑变形表征，为高压冷却下高温合金切削加工切屑控制提供理论依据。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景与意义

1．2 刀-件材料特性与冷却润滑技术

1．2．1 GH4169材料性能及切削特征

1．2．2 PCBN刀具材料性能及应用

1．2．3 典型的冷却润滑技术

1．3 国内外研究现状分析

1．3．1 锯齿形切屑形成机理现状分析

1．3．2 高温合金切削加工切屑形成研究现状

1．3．3 PCBN刀具切削高温合金研究现状

1．3．4 高压冷却技术研究现状

1．4 课题来源及主要研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 主要研究内容

第2章 高压冷却下锯齿形切屑形成理论研究

2．1 高温合金切削加工塑性侧流分析

2．2 基于绝热剪切理论的切屑形成过程

2．3 锯齿形切屑变形表征模型

2．4 高压冷却下切屑卷曲折断模型

2．4．1 高压冷却下切削弯矩的理论计算

2．4．2 高压冷却下切屑折断判据

2．4．3 高压冷却下切屑折断界限

2．5 本章小结

第3章 高压冷却下高温合金切屑形成仿真研究

3．1．1 确定本构模型与切屑分离准则

3．1．2 建立高温合金切削仿真模型

3．2 高压冷却下切屑形成过程分析

3．2．1 高压冷却下切屑形态仿真分析

3．2．2 高压冷却下切削力仿真分析

3．2．3 高压冷却下塑性变形仿真分析

3．3 本章小结

第4章 PCBN刀具高压冷却下车削GH4169试验研究

4．1 试验条件与方案

4．1．1 试验方法及目的

4．1．2 试验条件与材料

4．1．3 试验方案设计

4．2 正交试验结果分析

4．2．1 正交试验结果

4．2．2 试验结果分析及最优组合

4．3 高压冷却下GH4169的切削加工性研究

4．3．1 PCBN刀具切削GH4169切削力分析

4．3．2 PCBN刀具切削GH4169表面粗糙度分析

4．3．3 高压冷却下切屑宏观形态研究

4．4 本章小结

第5章 高压冷却下锯齿形切屑形态及变形表征研究

5．1 高压冷却下切屑的卷曲折断分析

5．1．1 切削用量对卷曲半径的影响

5．1．2 PCBN刀具刃口参数对卷曲半径的影响

5．1．3 冷却压力对卷曲半径的影响

5．2 高压冷却下切屑塑性侧流分析

5．2．1 切屑塑性侧流影响因素研究

5．2．2 切屑塑性侧流对刀具磨损的影响

5．3 高压冷却下锯齿形切屑变形表征

5．3．1 切屑锯齿化程度

5．3．2 切屑单元剪切变形

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

致谢