颗粒增强钛基复合材料切削加工性研究

发布时间：2020-06-28 08:07

【摘要】：颗粒增强钛基复合材料有望解决传统钛合金难以满足航空航天、电子信息和交通运输等领域对高性能材料的急迫需求问题,是当前材料领域的热点。该类材料本身的基体钛合金就属于典型难加工材料,加上随机分布在基体内部的高硬、高脆陶瓷颗粒增强相,颗粒增强钛基复合材料在切削加工过程中容易出现刀具磨损严重和加工表面质量差等问题。针对这些问题,本文从切削加工中切削变形过程、刀具磨损机理、已加工表面粗糙度与表面形貌和钛基复合材料的铣削加工等四个方面开展了颗粒增强钛基复合材料切削加工性研究,主要研究工作包括:(1)通过不同温度、应变率和增强相含量的霍普金森压杆试验,分析了钛基复合材料的动态力学性能,提出存在可有利于提高刀具寿命,获得较好表面质量的最佳切削温度范围;通过不同切削速度的车削试验研究了切削力和切削温度及其变化规律;从宏观和微观的角度对切屑形态进行了分析,并通过切屑纵截面对切屑的锯齿化程度及集中剪切频率进行了分析;通过爆炸落刀试验,获取不同参数下的颗粒增强钛基复合材料的切屑根部试样,分析切削参数对变形过程的影响。(2)通过摩擦磨损试验,分析了PCD与颗粒增强钛基复合材料摩擦副之间的摩擦磨损特性;通过切削试验,研究了刀具种类、切削参数及冷却方式对刀具磨损形式的影响规律,并采用三维视频显微镜、SEM和EDS等分析仪器对切削过程中刀具磨损进行跟踪测量和比较,结合摩擦磨损试验的结果深入分析了刀具磨损的形态特征,揭示切削颗粒增强钛基复合材料时刀具的磨损机理。(3)从表面形成的过程和增强相去除方式入手,分析了颗粒增强钛基复合材料切削加工表面形成过程,并研究了表面缺陷的形成规律及影响因素;通过不同刀具切削加工颗粒增强钛基复合材料试验,研究刀具种类、切削参数及工艺条件对工件表面粗糙度和表面变质层的影响,分析表面粗糙度及表面缺陷的影响因素,揭示了已加工表面的形成过程,为钛基复合材料切削加工过程中表面缺陷控制提供了依据。(4)在对切屑变形、刀具磨损机理和表面粗糙度及表面形貌等研究基础之上,开展了颗粒增强钛基复合材料铣削加工试验研究。通过研究铣削力、铣削温度和表面完整性等的变化规律,优选了加工工艺参数,结合航天某飞行器舵面零件结构特点,以设计要求参数为目标,制定了钛基复合材料舵面零件上特征平面的铣削加工工艺方案,并进行现场加工验证。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TG54
【图文】：

钛基复合材料,工业,叶环,汽车零部件

增强相的高强度、高模量，广泛应用于航空航天和汽车等领域[5-11]。纤维增强钛基复备的整体叶环去掉了轮盘部分，使得整体叶环的质量减轻 70%，为性能更高的航空发了新型材料。钛基复合材料制备的汽车零部件可减轻汽车质量，提高汽车的整体性能车公司在高端汽车上应用的钛基复合材料汽车零部件如图 1.1（a）所示[3]。中国科学究所制造的国内首件全尺寸钛基复合材料整体叶环如图 1.1（b）所示[12]。

钛基复合材料,分类方法

的物理力学性能是金属基复合材料追求的永恒目标，钛基复合材料之一，在航空航天等诸多领域具有广阔的应用前景，其性能的好坏能，而且还与增强相的类型、体积分数和分布方式密切相关。钛基法如图 1.2 所示[9,13-14,62-63]。

【参考文献】