钛合金锯齿形切屑几何表征及根切实验研究

摘要

锯齿形切屑是高速切削条件下典型的切屑形态，其形成过程中切削力的高频波动，将会影响工件表面粗糙度和刀具寿命。然而，锯齿形切屑形成过程及机理尚未形成统一的观点，且锯齿形切屑几何表征的测量计算方法尚不统一，几何表征的变化规律亦不尽相同。因此，本文以钛合金Ti6Al4V为实验材料，依据多组锯齿形切屑金相样本，对锯齿形切屑的所有几何表征及变化规律进行了系统深入的研究；并通过观察分析锯齿形切屑的根部样本和切削力数据，对锯齿形切屑形成过程及切削过程中切削力的变化规律进行了研究。 首先，对锯齿形切屑的各种几何表征理论进行了系统的归纳整理；凭借已有两组正交实验的锯齿形切屑金相样本，采用同一方法对各种几何表征进行测量计算，研究了切削参数对各几何表征的影响规律。结果表明：两组锯齿形切屑样本的锯齿化程度、锯齿化频率、绝热剪切带间距及锯齿间距、齿底角等常用几何表征随着切削用量的变化趋势基本相同；但变化幅度有所不同，这是因为获取两组锯齿形切屑样本所采用的刀具材料不同而引起的。 其次，采用响应曲面实验法，利用快速落刀装置进行了直角自由切削的根切实验；依据根切实验中所获取的锯齿形切屑样本及切削力数据，对各几何表征及切削力随切削用量的变化规律进行了研究。结果表明：绝热剪切带间距和锯齿化频率随背吃刀量和进给量的变化规律与上述两组样本的变化规律一致；随切削速度的变化规律与上述两组样本变化规律不一致，这是因为切削速度较低，切屑处于由带状切屑向锯齿形切屑转变阶段所造成的。其他几何表征随切削参数的变化规律与上述两组样本的变化规律相吻合。进给力与切向力随背吃刀量和进给量的增大均呈上升趋势；随切削速度的增大呈先增后减趋势，这也是由于切削速度较低，切屑处于由带状向锯齿状转变过程所造成的。 最后，通过观察分析根切实验中获取的锯齿形切屑根部样本，对锯齿形切屑的相邻锯齿间裂纹及锯齿形切屑演变过程进行了探讨。结果表明：相邻锯齿间裂纹产生于锯齿单元节段形成过程，即在锯齿节段形成的同时，该节段与后续切削层材料间就开始出现裂纹；这是由于在锯齿节段形成过程中，绝热剪切带与后续切削层材料存在很高的温度梯度，该处将产生较大的剪切应力，同时由切削层顶表面至刀尖处的绝热剪切带温度场内温度呈由低至高的变化规律，这也将使该处剪切应力增大，故而相邻锯齿间裂纹产生于此。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 钛合金材料及其切削性能

1.2.1 钛合金材料

1.2.2 钛合金切削性能

1.3 锯齿形切屑形成机理及其几何表征研究现状

1.3.1 锯齿形切屑形成机理

1.3.2 锯齿形切屑几何表征

1.4 快速落刀装置研究现状

1.5 主要研究内容

2 锯齿形切屑表征相关理论

2.1 几何表征

2.2 锯齿形切屑锯齿单元及其几何关系

2.3 物理表征

2.4 本章小结

3 锯齿形切屑几何表征规律研究

3.1 锯齿形切屑金相样本

3.2 锯齿形切屑几何表征测量计算及结果

（1）测量计算方法

（2）测量计算结果

3.3 锯齿形切屑几何表征规律

3.3.1 锯齿化程度

3.3.2 绝热剪切带间距和锯齿间距

3.3.3 齿顶角和齿底角

3.3.4 锯齿化频率

3.4 本章小结

4 锯齿形切屑及根部样本获取实验研究

4.1 快速落刀装置及动力分析

4.1.1快速落刀装置

4.1.2动力分析

4.2 实验条件

4.2.1 工件材料

4.2.2 刀具和机床

4.3 实验设计

4.3.1 实验目的

4.3.2 实验方法

4.3.3 实验步骤

4.4 本章小结

5 根切实验结果及分析

5.1 根切实验结果

5.2 切削参数对几何表征影响规律及显著性分析

5.2.1 切削参数对锯齿化程度的影响

5.2.2 切削参数对绝热剪切带间距的影响

5.2.3 切削参数对齿顶角的影响

5.2.4 切削参数对锯齿化频率的影响

5.3 切削参数对切削力影响规律

5.4 锯齿形切屑根部样本

5.4.1 锯齿形切屑根部微观形貌观察

5.4.2 锯齿形切屑几何形状演变过程

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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