钛基复合材料高速磨削加工性研究

摘要

钛基复合材料具有优良的抗蠕变性能和抗疲劳性能、以及优异的高温性能和耐腐蚀性能等优势，在航空航天领域具有广阔应用前景。但是，钛基复合材料属于典型的难加工材料，采用普通切削方法存在加工效率低、工具寿命短、质量稳定性差的问题。因此，发展磨削加工技术是实现钛基复合材料高效精密加工的迫切需求。本文提出开展钛基复合材料高速磨削加工性研究，通过陶瓷CBN砂轮与电镀CBN砂轮高速磨削(TiCp+TiBw)/Ti-6Al-4V钛基复合材料对比试验，从磨削力与力比、磨削温度与热分配、加工表面形貌与损伤三方面揭示钛基复合材料磨削加工困难的原因，分析材料去除行为。项目研究成果对于实现钛基复合材料的高效精密加工具有重要理论意义和工程应用价值。
　　完成的主要工作及取得的成果如下：
　　（1）研究了CBN砂轮种类和工艺参数对钛基复合材料高速磨削力与力比的影响。结果发现，同等条件下，钛基复合材料的磨削力与Ti-6Al-4V钛合金相近。钛基复合材料的磨削力总体上随着工件进给速度及切深增大呈上升趋势，随砂轮线速度增大而下降。磨削力比的变化范围为3.47~4.49。
　　（2）研究了钛基复合材料高速磨削温度与热传递规律。结果显示，磨削温度高是钛基复合材料比Ti-6Al-4V钛合金更难加工的重要原因；单层电镀CBN砂轮高速磨削钛基复材的综合性能优于陶瓷CBN砂轮。随着砂轮线速度、工件进给速度以及切深增大，陶瓷CBN砂轮与电镀 CBN砂轮的磨削温度都呈上升趋势，但陶瓷 CBN砂轮的磨削温度更高。在此基础上，以控制磨削温度为目标，提出了优化的磨削参数。同时，对磨削温度进行了模拟分析，当材料去除率低于1.75mm3/(mm·s)时，由三角形分布热源模拟的磨削温度更接近实测值；反之，由均匀分布热源模拟的磨削温度更接近实测值。
　　（3）研究了钛基复合材料高速磨削加工表面形貌特征及亚表面损伤行为。试验发现，高速磨削钛基复合材料表面的主要缺陷包括增强颗粒拔出、破碎而形成的孔洞，以及钛合金基材表面的涂覆、沟槽和微裂纹等。同时，探明了磨削参数对亚表面损伤层深度和切屑形貌特征的影响规律。采用优化的磨削工艺实现了钛合金基材与硬脆增强相的去除，控制了磨削表层/亚表层损伤。

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注释表

第一章 绪论

1.1 钛基复合材料发展现状

1.2 钛基复合材料切削/磨削技术现状及问题

1.3 本课题研究思路与拟开展工作

第二章 钛基复合材料高速磨削力与力比研究

2.1 试验材料及性能

2.2 磨削试验设备及条件

2.3 钛基复合材料和钛合金磨削力对比分析

2.4 磨削用量对磨削力和力比的影响规律

2.5 本章小结

第三章 钛基复合材料高速磨削温度与热传递研究

3.1 磨削温度测量方法

3.2 钛基复合材料和钛合金磨削温度对比分析

3.3 磨削用量对磨削温度的影响规律

3.4 单颗磨粒切厚与磨削比能的关系

3.5 钛基复合材料磨削热传递分析

3.6 本章小结

第四章 钛基复合材料高速磨削表面与损伤研究

4.1 钛基复合材料高速磨削表面形貌特征及材料去除形式研究

4.2 砂轮类别和磨削用量对磨削加工表面特征与损伤的影响

4.3 磨削用量对切屑形貌的影响

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文