难加工材料超低温加工冷却系统设计与切削试验研究

摘要

难加工材料的切削加工一直是机加工领域的难题之一，不仅刀具磨损快，而且加工质量不易控制。随着现代切削技术的发展，以液氮为切削介质的超低温切削技术近年来又受到了广泛关注。为此，本文在设计温度可控的超低温加工冷却系统的基础上，以TC4钛合金和35CrMnSiA高强度钢为研究对象，开展了液氮及变温度氮气射流冷却下的难加工材料超低温切削试验研究。论文的主要研究工作如下： （1）基于超低温切削冷却系统研究现状及试验需求，设计了采用液氮作为冷却介质的超低温加工冷却系统，该系统通过对液氮和常温氮气的混和比例的控制，可实现对切削区喷射液氮或-196℃～常温的低温氮气射流。 （2）进行了TC4钛合金和35CrMnSiA高强度钢的铣削基础试验，研究了切削速度和射流温度对切削力的影响，并利用半人工热电偶法对液氮超低温铣削TC4钛合金进行了切削温度测试与分析。 （3）通过对TC4钛合金和35CrMnSiA高强度钢的正交切削试验，研究了射流温度和切削速度对切屑宏观形态的影响，并从切屑的截面金相组织、切屑的锯齿化程度等方面分析了切削速度和射流温度对切屑微观形貌的影响规律。 （4）进行了铣削TC4钛合金和35CrMnSiA高强度钢的超低温铣削试验，从表面粗糙度、表面层显微硬度、表面层金相组织等方面分析了射流温度和切削速度等参数对已加工表面完整性的作用规律。 （5）根据超低温大进给铣削TC4钛合金时的刀具磨损特征，拟定了相应的刀具磨钝判别标准，进而对比分析了液氮冷却和干切削条件下的刀具耐用度，并对刀具磨损机理进行了研究分析。

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