高压冷却下正交车削Ti-6Al-4V表面完整性的试验分析

摘要

随着Ti-6Al-4V广泛应用于航空、医疗等领域，Ti-6Al-4V加工技术的研究与日俱增。Ti-6Al-4V的低热传导系数，较小的弹性模量以及高温下较强的化学活性导致Ti-6Al-4V切削加工过程中大量的切削热聚集在切削区域，对加工表面完整性产生不利影响，严重损害加工工件尺寸精度与服役寿命，使其成为一种典型的难加工材料。因此，为解决Ti-6Al-4V切削过程中的切削热量多、热耗散难等问题，提出了高压冷却加工技术。本文建立了高压冷却下切削液的渗透模型，阐述了切削液在高压下的润滑机理与冷却机理，描述了高压冷却技术对Ti-6Al-4V切削过程切削力和切削温度的影响规律，分析了高压冷却技术对Ti-6Al-4V加工表面完整性的影响机理。
　　首先，分析切削液的供给方式，结合毛细管渗透原理，建立切削液的渗透模型，推导切削液渗透速度与渗透压强的计算公式并绘制其变化曲线，分析刀具-切屑与刀具-工件接触面之间切削液的渗透机理，随着切削液压强的增大，切削液的渗透能力增强;研究切削液对切削过程的润滑机理与冷却机理，通过传热学、流体力学等知识建立切削过程中切削液的润滑模型与冷却模型，推导高压冷却下切削液强制对流换热系数的计算公式。当切削液压强增加时，切削液的冷却作用与润滑作用提高。双出液孔出液且切削液压强为200bar时，切削液的对流换热系数是传统浇注式冷却下的3.7倍。
　　其次，通过Ti-6Al-4V正交车削试验测量其切削过程中的切削力与切削温度，分析干切削、浇注式冷却以及高压冷却下切削力及切削温度的变化规律，对比切削液喷射位置对切削力与切削温度的影响机理。当前刀面出液与双出液孔出液时，切削力随切削液压强的增加而减小，当后刀面出液时，切削力随切削液压强的增大出现了上升趋势。相比干切削环境，湿切下的切削温度降低。推导计算切削区域的平均摩擦系数，绘制不同切削环境及喷嘴位置下摩擦系数柱状图，分析切削环境与喷嘴位置对切削液润滑性能的影响规律，前刀面出液时切削液的润滑作用最大。
　　最后，观察分析Ti-6Al-4V已加工表面完整性，包括表面形貌、塑性变形、显微硬度以及残余应力。湿切环境下，Ti-6Al-4V已加工表面完整性得到提高，表面粗糙度降低，晶粒塑性变形层影响深度减小，表面层硬化程度降低，残余压应力增大。随着切削液压强的增加，Ti-6Al-4V已加工表面完整性进一步提高。前刀面出液时切削液对Ti-6Al-4V已加工表面完整性的改善最小，后刀面出液次之，双出液孔出液时切削液对Ti-6Al-4V已加工表面完整性的改善最大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和研究意义

1．2 Ti-6Al-4V的材料性能及切削加工性

1．2．1 Ti-6Al-4V的微观组织及其材料性能

1．2．2 Ti-6Al-4V的切削加工性

1．3 切削液类型及冷却技术

1．4 高压冷却对Ti-6Al-4V表面完整性影响的研究现状

1．4．1 高压冷却对Ti-6Al-4V加工表面形貌的影响

1．4．2 高压冷却对Ti-6Al-4V加工表面残余应力的影响

1．4．3 存在问题

1．5 主要研究内容

第二章 高压冷却切削液的冷却与润滑作用

2．1 高压冷却切削液的供给方案

2．2 高压冷却切削液的渗透机理

2．3 高压冷却切削液的润滑作用

2．3．1 高压冷却切削过程中切削液的润滑机理

2．3．2 高压冷却切削液对刀-用、刀-工件间摩擦力的影响

2．4 高压冷却切削液的冷却作用

2．4．1 高压冷却的冷却机理

2．4．2 高压冷却条件下的热传递系数

2．5 本章小结

第三章 高压冷却对Ti-6Al-4V切削力及切削温度的影响

3．1．2 切削试验装置

3．1．3 车削试验设计

3．2 高压冷却对Ti-6Al-4V切削力的影响

3．3 高压冷却对Ti-6Al-4V切削温度的影响

3．4 本章小结

第四章 高压冷却对Ti-6Al-4V表面完整性的影响

4．1 试验设备及方法

4．2 高压冷却对Ti-6Al-4V加工表面形貌的影响

4．2．2 出液孔位置对Ti-6Al-4V表面形貌的影响

4．2．3 高压冷却对Ti-6Al-4V表面粗糙度的影响

4．3 高压冷却对Ti-6Al-4V塑性变形的影响

4．4 高压冷却对Ti-6Al-4V力学性能的影响

4．4．1 高压冷却对Ti-6Al-4V加工表层显微硬度的影响

4．4．2 高压冷却对Ti-6Al-4V残余应力的影响

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 主要工作与结论

5．2 主要创新点

5．3 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢