旋转超声振动磨削钛合金的磨削力与表面完整性研究

摘要

随着科学技术发展，人们对零件的材料性能和加工精度要求不断提高，钛合金材料因其具有的良好性能，在制造业，特别是航空航天工业中得到大量应用。本文针对钛合金材料制孔技术，查阅相关文献，了解了国内外超声振动加工技术和材料表面完整性的研究进展，从运动学角度对超声振动磨削的机理进行研究，建立磨削力理论模型。开展旋转超声振动磨削TC4钛合金的实验，对实验的磨削力和加工孔孔壁表面完整性进行研究，完成工作及相关结论如下:
　　(1)建立旋转超声振动磨削的磨粒运动方程，绘制磨粒运动轨迹曲线，从运动学角度分析磨粒对工件材料的去除方式，主要以超声冲击为主，且伴随一定的划擦、耕犁。建立磨削力理论模型，确定对磨削力产生影响的各加工参数，为实际加工过程中工艺参数的设置和选取提供参考。
　　(2)搭建超声振动加工实验平台，选取实验加工工具，开展超声磨削、超声钻削和传统钻削实验，获取实验切削力数据。对超声磨削的磨削力数据做信噪比分析和方差分析，获取各加工参数对磨削力的影响显著性和影响规律。对超声钻削与常规钻削的钻削力数据进行分析发现，相同工况下超声钻削的钻削力比常规钻削低。归纳超声磨削与超声钻削两种加工方式的优缺点及各自适用范围。
　　(3)对超声磨削加工的孔壁表面完整性开展检测，获取实验加工孔的孔壁表面粗糙度数据，分析超声磨削实验中各加工参数对孔壁表面粗糙度的影响显著性和影响规律。获取超声磨削加工后的孔壁表面形貌，对其形貌成形原因开展分析。对超声磨削的孔壁表面进行显微观测和XRD分析，根据XRD分析数据绘制表层材料成分分析图谱，为材料表层的烧伤与显微硬度分析提供依据。
　　(4)对超声磨削加工的孔壁表层显微硬度进行检测，获取孔壁表层显微硬度数据，绘制显微硬度随表层深度的变化曲线，获取超声磨削的孔壁硬化层深度和硬化百分比，分析孔壁表层发生硬化的原因。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 超声振动磨削加工研究进展

1．2．1 超声加工技术介绍

1．2．1 超声振动磨削加工国外研究现状

1．2．3 超声振动磨削加工国内研究现状

1．3 表面完整性介绍

1．3．1 表面完整性概念及表征参数

1．3．2 表面完整性作用

1．4 主要研究内容

第2章 旋转超声振动磨削运动学特性与机理分析

2．1 旋转超声振动磨削机理分析

2．2 旋转超声振动磨削运动学分析

2．3 基于塑性材料的磨削力理论模型

2．4 本章小结

第3章 旋转超声振动磨削实验

3．1 实验加工设备与平台搭建

3．1．1 加工机床

3．1．2 超声加工系统

3．1．3 测力仪

3．1．4 实验平台搭建

3．2 实验选材

3．2．1 钛合金的选取及其性能

3．2．2 工具尺寸设计

3．2．3 工具制作及材料选取

3．3 实验方案设计

3．4 本章小节

第4章 旋转超声振动磨削的磨削力分析

4．1 磨削力数据检测与处理

4．2 磨削力信噪比S／N分析

4．2．1 磨削力信噪比S／N求解

4．2．2 加工参数对磨削力影响规律

4．3 磨削力ANOVA分析

4．3．1 ANOVA分析方法

4．3．2 加工参数显著性分析

4．4 磨削力多因素回归模型

4．5 超声磨削与超声钻削的适用范围分析

4．6 本章小结

第5章 旋转超声振动磨削的表面完整性分析

5．1 表面完整性评价指标选取

5．2 表面粗糙度

5．2．1 表面粗糙度检测方法与设备

5．2．2 表面粗糙度检测结果分析

5．3 表面形貌

5．3．1 表面形貌检测

5．3．2 表面形貌检测结果分析

5．3．3 XRD分析

5．4 显微硬度

5．4．1 显微硬度检测方法与设备

5．4．2 检测样块制作

5．4．3 显微硬度相关理论分析

5．4．3 显微硬度检测结果分析

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文