高压冷却下高温合金加工切削力特性及刀具磨损研究

摘要

高温合金作为航空航天、船舶、原子能、车辆工业关键零部件中的重要材料，对国家制造业起着重要作用。随着我国制造业日新月异的发展，对高温合金的加工需求也逐渐提高，但其材料的难加工性是制造中的难点，主要表现在切削过程中存在切削力大、刀具磨损严重及切削温度高等现象。针对以上问题，采用高压冷却是改善加工效果的一种有效途径。本文通过高压冷却下PCBN刀具加工高温合金试验，分析切削力及刀具磨损规律，探索高温合金加工质量改善和加工效率提高的理想方案。
　　首先，建立高压冷却条件下的切削力数学模型。根据直角切削理论，对斜角切削过程中的相关参数进行简化计算，建立斜角切削力系数模型;通过对高压冷却相关理论及冷却润滑过程的研究，探讨高压冷却下切削力变化原因及摩擦系数计算方法，将其与常规切削力模型结合，完成高压冷却下切削力系数模型的构建，为高压冷却下切削力预测及刀具磨损分析提供支撑。
　　其次，对高压冷却下镍基高温合金车削过程及PCBN刀具磨损过程进行有限元仿真分析。通过Third Wave AdvantEdge软件对切削过程进行仿真，在切削力仿真结果基础上，分析预测高压冷却下的切削力变化规律;利用DEFORM仿真软件对刀具磨损过程进行仿真，分析刀具磨损的渐变过程，为刀具磨损形貌研究提供参考。
　　再次，进行高压冷却下镍基高温合金切削试验。根据试验结果，分析冷却条件、切削参数与切削力的变化关系，对高压冷却下切削力系数模型进行完善和修正，并建立切削力经验模型，验证模型准确性，为切削参数优化提供支持;建立多目标切削参数优化模型，运用遗传算法并结合试验结果，优化高压冷却下的切削参数。
　　最后，对高压冷却条件下PCBN刀具磨损情况进行研究。通过高压冷却下的刀具磨损试验，在分析刀具磨损形貌的基础上，对PCBN刀具的失效原因进行探讨;研究切削加工条件对刀具磨损的影响，获得高压冷却下的刀具磨损规律，并结合切削力试验结果，对高压冷却下考虑刀具磨损时的切削参数选择进行分析，为提高刀具寿命和加工效率提供建议及参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 镍基高温合金加工研究现状

1．2．2 切削力模型研究现状

1．2．3 切削加工有限元仿真技术研究现状

1．2．4 镍基高温合金加工典型冷却润滑技术

1．2．5 刀具磨损研究现状

1．3 课题来源及主要研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 主要研究内容

第2章 高压冷却下切削力预测模型构建

2．1 直角切削力模型

2．2 斜角切削力模型

2．2．1 斜角切削机理

2．2．2 斜角切削剪切角确定

2．2．3 斜角切削切削力模型

2．2．4 斜角切削优势

2．3 高压冷却相关技术

2．3．1 高压冷却液作用过程分析

2．3．2 高压冷却润滑技术基本原理

2．4 高压冷却下切削力模型

2．5 本章小结

第3章 镍基高温合金切削过程有限元仿真

3．1 切削加工有限元仿真技术

3．1．1 材料模型建立

3．1．2 切屑分离准则建立

3．1．3 切削摩擦接触模型建立

3．1．4 切削加工冷却介质建模

3．1．5 切削仿真有限元网格划分

3．2 高压冷却下切削过程仿真研究

3．2．1 切削参数设置

3．2．2 切削过程仿真分析

3．2．3 高压冷却下切削力仿真研究

3．3 刀具磨损过程仿真研究

3．4 本章小结

第4章 高压冷却下镍基高温合金切削试验及分析

4．1 高压冷却下镍基高温合金切削力试验规划

4．1．1 试验条件设置

4．1．2 试验方案设计

4．2 试验结果分析及切削力模型验证

4．2．1 单因素试验结果与分析

4．2．2 正交试验结果与分析

4．2．3 高压冷却下切削力模型完善及验证

4．3 高压冷却下切削镍基高温合金切削参数优化

4．3．1 切削参数优化目标及约束条件

4．3．2 切削参数优化过程及结论

4．4 本章小结

第5章 PCBN刀具切削镍基高温合金磨损分析

5．1 PCBN刀具磨损试验研究

5．1．1 刀具磨损试验方案

5．1．2 刀具磨损测量系统

5．2 PCBN刀具磨损形式分析

5．2．1 前刀面磨损

5．2．2 后刀面磨损

5．2．3 刀具破损

5．2．4 复合片脱焊

5．3 PCBN刀具磨损机理和磨损过程研究

5．3．1 PCBN刀具磨损机理

5．3．2 PCBN刀具磨损过程

5．4 切削条件对刀具磨损影响

5．4．1 切削速度对刀具磨损影响

5．4．2 进给量对刀具磨损的影响

5．4．3 冷却压力对刀具磨损影响

5．5 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