高速铣削钛合金Ti6Al4V的刀具磨损研究

摘要

钛合金，Ti6A14V具有比强度高、耐热性和耐蚀性好等优良性能，被广泛应用于航空航天工业，然而由于其导热系数低、化学活性高、弹性模量小等特点使其成为典型的难加工材料，引起加工过程中刀具磨损破损严重、生产效率低、加工表面质量差、生产成本高等制造工艺难题。本文以高速铣削钛合金Ti6A14V为研究对象，通过研究高速铣削Ti6A14V过程中切削力、切削温度、表面完整性为基础，综合分析研究了硬质合金刀具高速铣削Ti6A14V过程中刀具的磨损、破损机理及刀具使用寿命，并研究了刀具磨损后对加工过程的影响。 1．高速铣削Ti6A14V切削力的试验研究。分别利用可转位铣刀和整体硬质合金刀具进行了高速铣削Ti6A14V的正交试验和单因素试验，对实验结果进行了极差分析，分析了不同切削因素对切削力的影响，利用线性回归方法建立了铣削力的经验公式，并研究了随着刀具磨损对切削力大小的影响。 2．高速铣削Ti6A14V刀具磨损机理及刀具寿命研究。利用可转位铣刀在不同的冷却条件下进行了刀具磨损试验，建立了刀具寿命经验公式，采用扫描电镜和能谱分析对刀具的磨损形态进行了分析，并探讨了高速铣削钛合金时的刀具磨损机理；分析了不同冷却环境对刀具磨损的影响，发现涂层可以有效提高刀具使用寿命，不同冷却环境对刀具寿命影响较大。 3．高速铣削Ti6A14V刀具磨损对表面完整性与切屑形貌的影响。在刀具寿命试验的基础上研究了随刀具磨损对表面完整性和切屑形貌的影响规律，对不同切削速度下可转位铣刀和整体刀具对表面粗糙度的影响做了分析。研究表明，当刀具磨损后刀具结构和性能发生明显变化，对切削力和切削温度有影响，从而导致了对表面质量和切屑形貌的变化。 4．高速铣削Ti6A14V切削稳定性分析。通过理论方法分析了切削过程中刀具和工件产生形状误差的原因，建立铣削颤振模型；通过试验分析了不同结构立铣刀加工过程中颤振的强弱，进行了切削性能比较；分析了切削参数对切削颤振的影响。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1 引言

1.2 钛合金的分类及其在航空工业中的应用

1.2.1 钛合金的分类

1.2.2 钛合金在航空航天领域的应用

1.3 Ti6A14V的材料性能与切削加工特性

1.4 钛合金Ti6A14V高速切削国内外研究现状

1.4.1 高速切削技术概述

1.4.2 高速切削钛合金的研究现状

1.4.3 高速切削钛合金刀具磨损破损的研究现状

1.4.4 高速切削钛合金冷却润滑方式的研究现状

1.5 课题研究目的及意义

1.6 课题研究主要内容及论文框架

第二章高速铣削Ti6A14V切削力研究

2.1引言

2.2高速铣削过程铣削力模型建立

2.2.1二维直角切削力模型的建立

2.2.2三维立铣切削力模型的建立

2.3可转位铣刀高速铣削Ti6A14V切削力试验研究

2.3.1可转位铣刀正交试验设计

2.3.2干铣削试验结果及分析

2.3.3不同冷却环境铣削力比较

2.3.4 刀具磨损对铣削力的影响

2.3.5顺铣逆铣受力比较

2.4整体硬质合金刀具高速铣削Ti6A14V切削力试验研究

2.4.1粗加工整体硬质合金刀具铣削试验

2.4.2精加工整体硬质合金刀具铣削试验

2.4.3高速切削试验

2.5本章小结

第三章高速铣削Ti6A14V刀具磨损及刀具寿命研究

3.1刀具磨损形貌及失效机理研究

3.1.1刀具磨损机理研究

3.1.2刀具失效机理研究

3.2高速铣削Ti6A14V刀具磨损与刀具寿命试验研究

3.2.1刀具寿命模型及刀具失效标准

3.2.2刀具寿命试验设计

3.3本章小结

第四章高速铣削Ti6A14V刀具磨损对表面完整性和切屑形貌的影响

4.1高速铣削Ti6A14V刀具磨损对表面完整性的影响

4.1.1刀具磨损对表面粗糙度的影响

4.1.2刀具磨损对残余应力的影响

4.2高速铣削Ti6A14V刀具磨损对切屑形貌的影响

4.2.1切屑形成机理分析

4.2.2刀具磨损对切屑形貌的影响

4.3本章小结

第五章高速铣削Ti6A14V切削稳定性研究

5.1高速切削过程中的振动及切削稳定性

5.1.1立铣加工中的形状误差

5.1.2高速切削系统的振动机理

5.2高速切削Ti6A14V的切削颤振试验研究

5.2.1实验设计

5.2.2实验结果分析

5.3本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与参研课题

发表论文

参研课题

致谢