面向钛合金薄壁件的CBN磨头加工特性研究

摘要

钛合金材料是航空航天制造业领域的重要材料，但是由于其难加工的特点导致其加工质量差且加工效率低，所以严重阻碍了航空航天制造业的快速发展。因此，如何提高钛合金材料的加工效率和加工质量成为一个亟待解决的难题。此外，随着现代科技对于飞机和飞行器等的性能要求越来越高，越来越多的薄壁件应用在飞机和飞行器上，而这种薄壁件往往结构复杂，刚性较低，加工工艺性较差，尤其是在加工过程中很容易受到切削力、切削热和切削颤振等的影响而发生变形，影响了加工精度。因此，本文针对钛合金薄壁件在磨削加工过程中加工特性的研究有助于提高钛合金薄壁件的加工效率和加工质量。 本文主要针对钛合金薄壁件在磨削加工过程中加工特性进行了理论与实验研究，具体研究内容如下: (1)通过分析单个磨粒的磨削受力情况，考虑了磨头接触面上单位面积的动态有效磨粒数，并基于因次解析法与实验相结合的方法建立了CBN磨头磨削TC4薄壁件的磨削力模型;并通过磨削力测量实验验证了所建立的磨削力模型的有效性，同时对磨削参数的优化进行仿真分析。 (2)利用磨削区矩形热源模型推导出磨削区三角形热源模型，并对热流密度进行计算，建立了磨削温度模型;并通过磨削温度测量实验验证了所建立的磨削温度模型的有效性，同时对磨削参数的优化进行仿真分析。 (3)设计并制作一种新型改进磨头，利用实验对比分析的方法对新型改进磨头在加工时的磨削力和磨削温度情况进行了研究，同时也研究了新型改进磨头对加工后工件的表面完整性的影响。 (4)建立了磨削颤振的动态模型，对钛合金薄壁件以及磨头进行模态分析实验并测量其模态参数，最终根据模态实验的测量结果绘制出磨削颤振稳定性叶瓣图，同时也研究了径向磨削深度对磨削颤振稳定型的影响。 (5)分别从加工表面形貌、表面粗糙度、表面金相组织和显微硬度四个方面对加工后的钛合金薄壁件表面进行实验研究分析，同时也通过实验分析了不同加工参数对表面完整性的影响。

目录

声明

摘要

1．1引言

1．2钛合金薄壁件的加工特性

1．2．1 TC4钛合金材料的特点

1．2．2 TC4钛合金薄壁件的铣磨加工特性

1．3国内外研究现状

1．3．1磨削力建模的研究

1．3．2磨削温度建模的研究

1．3．3钛合金薄壁件铣磨加工颤振稳定性研究

1．3．4铣磨加工的表面完整性研究

1．4课题研究的目的与意义

1．4．1课题研究目的

1．4．2课题研究意义

1．5本文主要研究内容

1．6本章小结

第2章磨削力模型的建立及其实验研究

2．1磨削过程分析及磨削力的产生

2．1．1磨削加工的特点

2．1．2磨削过程的三个阶段

2．1．3磨削力的来源及特征

2．2磨削力模型的建立

2．2．1磨头的当量直径

2．2．2磨头与工件的接触弧长

2．2．3当量磨削厚度

2．2．4磨削力理论公式的推导

2．3磨削力测量实验与参数的优化分析

2．3．1实验原理

2．3．2实验设备

2．3．3实验参数设定

2．3．4磨削参数对磨削力的影响及参数的优化分析

2．3．5新型改进磨头对磨削力的影响分析

2．4本章小结

第3章磨削温度模型的建立及其实验研究

3．1磨削热的产生机理

3．2比磨削能

3．3磨削温度模型的建立

3．3．1热流密度的计算

3．3．2磨削区热源模型的分析

3．3．3工件表面磨削温度的计算

3．4磨削温度测量实验与参数的优化分析

3．4．1实验原理

3．4．2实验设备

3．4．3实验参数设定

3．4．4磨削参数对磨削温度的影响及参数的优化分析

3．4．5新型改进磨头对磨削温度的影响分析

3．5本章小结

第4章磨削钛合金薄壁件的颤振稳定性研究

4．1磨削颤振产生的机理及影响因素分析

4．2建立磨削颤振动态模型

4．3磨削系统的模态参数测量

4．3．1实验方案

4．3．2实验结果

4．4绘制磨削颤振稳定性叶瓣图

4．5径向磨削厚度对磨削颤振稳定性的影响

4．6本章小结

第5章钛合金薄壁件的加工表面完整性研究

5．1表面完整性对零件使用性能的影响

5．2影响零件表面完整性的因素分析

5．3表面纹理分析

5．3．1表面纹理的分析理论

5．3．2实验仪器与测量原理

5．3．3表面纹理的观测实验与实验分析

5．4表面粗糙度分析

5．4．1表面粗糙度的分析理论

5．4．2实验仪器与测量原理

5．4．3表面粗糙度的测量实验与分析

5．5表面金相组织分析

5．5．1表面金相组织的分析理论

5．5．2实验仪器与测量原理

5．5．3表面金相组织的观测实验与分析

5．6表面显微硬度分析

5．6．1表面显微硬度的分析理论

5．6．2实验仪器与测量原理

5．6．3表面显微硬度的测量实验与分析

5．7改善磨削加工零件表面完整性的措施

5．8本章小结

6．1总结

6．2建议

参考文献

致谢

附录