钛合金超精切削金刚石刀具磨损及其超声振动抑制的研究

发布时间：2017-08-31 19:28

  本文关键词：钛合金超精切削金刚石刀具磨损及其超声振动抑制的研究

  更多相关文章： 钛合金 超精密加工 单晶金刚石 刀具磨损 椭圆超声振动切削

【摘要】：钛合金具有密度小、强度高、耐蚀性好、耐热性和低温性优异及无磁等特点,广泛应用于航空航天领域。随着我国航天事业的发展,对航天器中的一些关键构件的加工精度和表面质量的要求越来越高,超精密加工的应用需求日益增加。天然单晶金刚石由于其优异特性,被认为是最理想的超精密切削用刀具材料,然而由于钛合金具有导热率低、弹性模量小、化学活性高等特性,采用单晶金刚石刀具切削时刀具磨损严重,导致加工精度和表面质量难以保证,成为制约钛合金超精密切削技术实际应用的技术瓶颈。本文针对钛合金超精密切削加工中存在的刀具磨损严重的问题,开展减免金刚石刀具磨损的工艺方法和装置的研究。通过对钛合金金刚石超精密切削时刀具磨损机理和金刚石刀具磨损特征的分析,探索实现抑制金刚石刀具磨损的技术途径,为提高钛合金的加工精度和表面质量提供基础。单晶金刚石刀具磨损机理的研究是探索提高刀具耐用度、实现钛合金超精密切削加工的基础。本文基于化学反应的热力学理论,分析了超精密切削钛合金时单晶金刚石刀具产生扩散磨损和氧化磨损的本质原因;进而通过单晶金刚石颗粒与钛合金薄片的界面热腐蚀实验,获得了单晶金刚石在钛元素的催化作用下的石墨化起始温度、扩散规律和氧化磨损的化学反应类型及条件,为探索超精密切削钛合金材料时单晶金刚石刀具磨损的抑制措施提供了理论依据。为研究钛合金超精密切削时单晶金刚石刀具的磨损特征及磨损规律,以便为探索有效提高刀具寿命的技术措施提供实验依据,本文进行了普通切削条件下的钛合金超精密切削金刚石刀具磨损实验。采用扫描电子显微镜对单晶金刚石刀具磨损区的微观形貌进行了观测,结合刀具磨损机理的热力学分析结果,对金刚石刀具前、后刀面的磨损形态及磨损特征的形成机制进行了研究。通过实验,获得了切削参数、刀尖圆弧半径和冷却润滑条件对金刚石刀具磨损和已加工表面粗糙度的影响规律。研究结果表明,采用常规的切削方法难以解决钛合金超精密切削时金刚石刀具磨损严重的问题。在以上研究的基础上,本文进行了超声振动切削装置的研制,为后续采用超声振动切削技术抑制金刚石刀具磨损的实验研究提供基础。基于一维纵向超声振动换能器设计理论和有限元技术,完成了椭圆超声振动切削装置的设计,该装置采用一阶纵向振动和三阶弯曲振动复合的工作模式及单节点固定支撑方式,具有便于激励的特点。通过对模态简并后的椭圆超声振动切削装置进行的谐响应分析和瞬态分析,初步验证了该装置结构的合理性。在对加工装配后的椭圆超声振动切削装置进行了阻抗测试实验和振幅输出测试实验的基础上,进行了单晶金刚石刀具普通切削和椭圆超声振动切削对比实验,验证了该椭圆超声振动切削装置设计的合理性。通过普通切削、一维超声振动切削和椭圆超声振动切削三种加工方式下的刀具磨损和表面质量实验结果的对比分析,验证了椭圆超声振动切削技术在提高金刚石刀具寿命上的技术优势。通过实验获得了切削参数和椭圆超声振动参数对金刚石刀具后刀面磨损量、切削力和已加工表面粗糙度的影响规律。研究结果为钛合金的椭圆超声振动超精密切削工艺参数的优选提供了依据。
【关键词】：钛合金 超精密加工 单晶金刚石 刀具磨损 椭圆超声振动切削
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-27
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义12-13
• 1.2 钛合金切削加工时刀具磨损机理研究现状13-17
• 1.3 超声振动切削装置研究现状17-25
• 1.3.1 一维超声振动切削装置的研究现状18-20
• 1.3.2 椭圆超声振动切削装置的研究现状20-25
• 1.4 课题的主要研究内容25-27
• 第2章 单晶金刚石切削钛合金刀具磨损的热力学分析27-46
• 2.1 引言27
• 2.2 金刚石刀具磨损过程的热力学分析27-35
• 2.2.1 金刚石刀具扩散磨损的热力学计算30-32
• 2.2.2 金刚石刀具氧化磨损的热力学计算32-35
• 2.3 金刚石与钛合金界面热腐蚀实验研究35-45
• 2.3.1 方案设计35-36
• 2.3.2 热腐蚀实验结果及分析36-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第3章 单晶金刚石切削钛合金刀具磨损的实验研究46-67
• 3.1 引言46
• 3.2 单晶金刚石刀具磨损特征分析46-52
• 3.3 钛合金超精密切削加工参数对刀具磨损和表面质量的实验研究52-65
• 3.3.1 切削速度的影响52-55
• 3.3.2 进给量的影响55-57
• 3.3.3 切削深度的影响57-59
• 3.3.4 刀尖圆弧半径的影响59-61
• 3.3.5 冷却液和冷却温度的影响61-65
• 3.4 本章小结65-67
• 第4章 椭圆超声振动切削装置的研制67-87
• 4.1 引言67
• 4.2 椭圆超声振动切削装置的设计与仿真67-78
• 4.2.1 椭圆超声振动切削装置的设计与计算67-72
• 4.2.2 椭圆超声振动切削装置的模态分析72-75
• 4.2.3 椭圆超声振动切削装置的谐响应分析75-77
• 4.2.4 椭圆超声振动切削装置的振动轨迹的瞬态分析77-78
• 4.3 椭圆超声振动切削装置的制造与性能检测78-81
• 4.3.1 椭圆超声振动切削装置的阻抗特性测试78-79
• 4.3.2 椭圆超声振动切削装置的振幅输出特性检测79-81
• 4.4 椭圆超声振动切削装置的可行性实验验证81-85
• 4.5 本章小结85-87
• 第5章 钛合金超精密切削刀具磨损超声振动抑制的实验研究87-109
• 5.1 引言87
• 5.2 超声振动作用对刀具磨损抑制效果的实验验证87-97
• 5.3 椭圆超声振动切削工艺参数对刀具磨损的实验研究97-105
• 5.4 椭圆超声振动切削工艺参数对表面粗糙度的实验研究105-108
• 5.5 本章小结108-109
• 结论109-112
• 参考文献112-120
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果120-122
• 致谢122-123
• 个人简历123

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张祖祺;人造金刚石刀具的使用[J];工具技术;1991年01期

2 拾贝;金刚石刀具低温车削新技术[J];工具技术;1992年05期

3 林星;金刚石刀具[J];工具技术;1992年12期

4 ;韩国试制成功湿式高效耐用石材切割刀具[J];全国建设市场信息;1997年19期

5 胡红专,翟超;金刚石刀具研磨质量的影响因素[J];机械制造;1998年06期

6 王西彬;金刚石刀具高速精密切削加工的研究[J];工具技术;2002年02期

7 宗文俊,李旦,王洪祥,孙涛,程凯;金刚石刀具技术的发展状况[J];中国机械工程;2003年13期

8 何南兵;中国金刚石刀具城[J];金刚石与磨料磨具工程;2003年06期

9 吕志勇,亢世江;金刚石刀具的制造方法研究[J];工具技术;2004年02期

10 宗文俊,李旦,孙涛,程凯,梁迎春;机床振动对高精度金刚石刀具研磨质量的影响[J];航空学报;2005年03期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 雷大江;;金刚石刀具精密研抛机理与工艺技术研究[A];中国工程物理研究院科技年报(2012年版)[C];2012年

2 陈明;傅建军;;精密孔加工的金刚石刀具技术研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年

3 代明江;王德政;周克崧;冯碧光;刘兴诚;匡同春;张宁;刘正义;;涂层金刚石刀具研究(1)—沉积工艺与性能关系[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年

4 张宏志;姚英学;袁哲俊;;CVD金刚石刀具的精密切削性能[A];面向21世纪的生产工程——2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议暨企业生产工程与产品创新专题研讨会论文集[C];2001年

5 许宏淮;徐敏;李旭峰;;SPDT加工表面粗糙度的影响因素研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

6 贺洪超;;高光加工与表面精饰技术[A];四川省电子学会生产技术专委会先进制造技术成果交流会论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 陈启海邋覃万钟 通讯员 徐鹏 方钢;鄂城燕矶：“中国金刚石刀具第一镇”[N];湖北日报;2008年

2 记者 陈启海 胡祥修 通讯员 易贤涛;“首镇”衰兴[N];湖北日报;2003年

3 记者 周立新;中国金刚石刀具第一镇[N];湖北日报;2012年

4 记者 何芬;我市金刚石刀具产业集群寻良方[N];鄂州日报;2014年

5 阿华;美国开发新型金刚石刀具材料[N];中国建材报;2005年

6 甘勇;做大做强特色产业集群[N];湖北日报;2006年

7 记者　张兴旺、胡祥修、通讯员　贤涛、徐鹏;燕矶锻造中国金刚一把刀[N];湖北日报;2007年

8 本版编辑 记者　张兴旺 胡祥修;燕矶镇产业集群发展要素初探[N];湖北日报;2007年

9 记者 杨伟鸣邋通讯员 熊孝平;做大做强特色产业集群[N];湖北日报;2007年

10 记者 周立新　通讯员 周祝文;鄂城工业从制造迈向创造[N];湖北日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 杜文浩;金刚石刀具研磨声发射信号的处理表征与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 胡林华;钛合金超精切削金刚石刀具磨损及其超声振动抑制的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 宗文俊;高精度金刚石刀具的机械刃磨技术及其切削性能优化研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 曹思宇;单晶硅超精密切削金刚石刀具石墨化磨损分子动力学仿真[D];燕山大学;2013年

2 刘岳;天然金刚石刀具的真空热化学腐蚀处理技术[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 吕茂强;金刚石刀具沟槽磨损硬粒子刻划分子动力学仿真[D];燕山大学;2014年

4 张国锋;光学玻璃切削过程中金刚石刀具磨损规律的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 方新宇;基于离散位错塑性仿真的金刚石刀具力学特性评价研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 夏志辉;天然金刚石刀具刃磨技术及设备研究[D];大连理工大学;2006年

7 徐战波;圆弧刃金刚石刀具刃磨机摆轴控制系统设计[D];哈尔滨工业大学;2010年

8 杜文浩;金刚石刀具研磨压力自适应控制技术研究[D];中国工程物理研究院;2008年

9 张庆斌;基于初始破坏的金刚石刀具后刀面石墨化仿真[D];燕山大学;2014年

10 翟云亮;衍射光栅金刚石刻划刀具的疲劳磨损研究[D];长春理工大学;2014年

，

本文编号：767475