PCBN刀具高速车削镍基高温合金的磨损机理研究

发布时间：2017-09-17 18:45

  本文关键词：PCBN刀具高速车削镍基高温合金的磨损机理研究

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【摘要】：镍基高温合金GH4169以其超高的耐热度和高温良好化学和物理特性被广泛应用于航空发动机中涡轮叶片、叶轮等高温零部件的制造。但由于其加工性能差,切削时刀具磨损大,加工质量不高等问题仍限制着镍基高温合金的普及推广与应用。随着我国航空航天技术的迅猛发展和以PCBN刀具为典型代表的高硬度、高耐用度刀具的开发应用不断深入,为满足高质高精镍基高温合金零件的加工要求,如何高效应用PCBN刀具解决镍基高温合金GH4169加工性能差的问题已成为目前航空航天制造领域研究的热点之一。为此,本文以PCBN刀具高速车削镍基高温合金的磨损机理综合研究为对象,采用切削试验和数值分析、极差分析、有限元仿真模拟等技术手段,深入分析PCBN刀具高速切削镍基高温合金GH4169的刀具磨损形貌、磨损机理以及切屑宏微观形貌。揭示切削参数对刀具磨损机理的影响规律,具体研究工作如下:1)刀具耐用度、磨损微观形貌与能谱试验分析。基于切削试验,研究PCBN刀具在高速条件下切削镍基高温合金GH4169的刀具耐用度,分析不同切削用量对刀具耐用度的影响,并建立耐用度经验公式;再利用扫描电镜和能谱分析仪观察刀具磨损的状况并分析刀具表面元素,为确定刀具磨损机理与刀具磨损类型提供理论依据。2)刀具磨损预测模型的建立。根据刀具磨损的相关理论研究,结合Archard提出的刀具磨损模型,通过相关推导和经验公式的代入,得出PCBN刀具高速切削镍基高温合金GH4169的磨损预测模型。3)切屑宏观与微观形貌试验分析。基于切削试验,对比不同切削用量条件下PCBN刀具高速切削镍基高温合金GH4169的切屑宏观形貌,并借助扫描电镜观察其锯齿化程度、锯齿频率以及锯齿毛边等,为切屑对刀具磨损的影响提供理论依据。4)刀具磨损有限元分析。应用Deform-3D软件建立PCBN高速切削镍基高温合金的模型,针对不同切削参数,通过切削过程模拟仿真分析切削温度和刀具磨损程度的变化情况,并与试验结果对比,验证其正确性;再利用Deform-2D软件建立切削模型,模拟切削过程中不同切削参数条件下的切屑形貌变化过程,探究切屑锯齿状随切削用量的变化规律。综上,本文的研究为完善PCBN刀具高速车削镍基高温合金GH4169的刀具磨损机理的理论体系奠定基础,并有效提升PCBN刀具高效加工镍基高温合金等难加工材料的工艺水平。
【关键词】：PCBN刀具 镍基高温合金 刀具磨损 切屑形貌 有限元仿真
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V261.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10
• 1.2 国内外研究的现状10-14
• 1.2.1 高速切削加工研究现状10-11
• 1.2.2 镍基高温合金加工研究现状11-12
• 1.2.3 PCBN刀具磨损研究现状12-14
• 1.3 研究目标及主要内容14-16
• 1.3.1 研究目标14
• 1.3.2 研究内容14-16
• 第二章 PCBN刀具磨损形貌试验研究16-30
• 2.1 PCBN刀具磨损试验16-18
• 2.1.1 试验目的16
• 2.1.2 试验条件16-17
• 2.1.3 试验方案17-18
• 2.1.4 试验结果18
• 2.2 基于高速切削试验的结果分析18-22
• 2.2.1 刀具前角对刀具耐用度的影响18
• 2.2.2 切削用量对刀具耐用度的影响18-20
• 2.2.3 刀具耐用度的经验公式20-22
• 2.3 高速切削时PCBN刀具磨损试验分析22-28
• 2.3.1 刀具磨损的主要形式22-23
• 2.3.2 刀具磨损形貌分析23-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 PCBN刀具后刀面磨损预测模型的建立30-39
• 3.1 粘结磨损的各种观点30-31
• 3.2 磨损模型的建立31-37
• 3.2.1 Archard粘结磨损的计算模型31-32
• 3.2.2 粘结磨损数学模型的建立32-34
• 3.2.3 刀具磨损的预测模型34-37
• 3.3 预测模型的正确性验证37
• 3.4 本章小结37-39
• 第四章 镍基高温合金的切屑形貌与机理研究39-53
• 4.1 高速车削镍基高温合金切屑形貌试验39-40
• 4.1.1 试验目的39
• 4.1.2 试验条件39
• 4.1.3 实验方案39-40
• 4.2 切屑变形特点40-41
• 4.2.1 切削变形的一般规律40
• 4.2.2 高速切削条件下的切屑形态40-41
• 4.3 切屑宏观分析41-43
• 4.3.1 切削速度对切屑的影响41
• 4.3.2 进给量对切屑的影响41-42
• 4.3.3 切削深度对切屑的影响42-43
• 4.4 切削微观分析43-47
• 4.4.1 高速切削难加工材料的切屑变形特点43
• 4.4.2 切削速度对切屑的影响43-45
• 4.4.3 进给量对切屑的影响45-46
• 4.4.4 切削深度对切屑的影响46-47
• 4.5 切屑锯齿状变形分析47-51
• 4.5.1 剪切滑移切削模型47-48
• 4.5.2 锯齿化程度48-50
• 4.5.3 锯齿频率50-51
• 4.6 切屑形貌对刀具磨损的影响51
• 4.7 本章小结51-53
• 第五章 PCBN刀具高速切削镍基高温合金的有限元仿真分析53-63
• 5.1 切削温度的有限元模拟仿真53-59
• 5.1.1 切削热和切削温度分析53-56
• 5.1.2 切削温度的有限元模拟56-58
• 5.1.3 不同切削参数的切削温度仿真结果58-59
• 5.2 刀具磨损的有限元模拟仿真59-60
• 5.3 切屑成形的有限元模拟仿真60-61
• 5.3.1 切屑成形仿真过程60-61
• 5.3.2 仿真结果的分析61
• 5.4 本章小结61-63
• 结论与展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 徐进;郭志敏;;基于滑—停—滑机理的锯齿形切屑高速成形分析[J];工具技术;2007年04期

2 唐志涛;刘战强;艾兴;付秀丽;;金属切削加工热弹塑性大变形有限元理论及关键技术研究[J];中国机械工程;2007年06期

3 Dr.Ing.H.舒尔茨,王志刚;高速加工发展概况[J];机械制造与自动化;2002年01期

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李军利;镍基高温合金整体叶轮高效加工应用基础研究[D];上海交通大学;2012年

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本文编号：871103