冷风条件下CMP硬质合金刀片加工钛合金的切削性能研究

发布时间：2020-08-31 18:59

　　随着现代制造技术的飞速发展以及国家战略需求的日益增长,钛合金以其比强度高、抗蠕变性能和生物相容性好等优越性能而广泛应用于航空航天、军事、医疗、化工等领域。但由于钛合金的难加工性,磨削工艺制备的未涂层硬质合金刀具以传统切削冷却方式加工钛合金时极易产生较大的切削力及大量的切削热,从而严重影响硬质合金刀具的切削性能和工件的加工表面质量。可见,如何有效降低切削力和迅速消散切削热是磨削工艺制备的未涂层硬质合金刀具在加工钛合金中一直亟待解决的重要瓶颈问题。为此,本文拟采用化学机械抛光技术(Chemical Mechanical Polishing,CMP)对磨削工艺制备的未涂层硬质合金刀片前刀面进行抛光预处理;同时利用低温冷风降温能力强、安全和无污染等优势,分别对磨削工艺制备的未涂层硬质合金刀片与CMP制备的未涂层硬质合金刀片进行低温加工TC4钛合金的切削性能实验研究,对比分析切削力、刀具耐用度以及加工表面质量等性能指标,旨在探究TC4钛合金低温加工中CMP未涂层硬质合金刀片的切削性能,具体研究工作如下:1)CMP未涂层硬质合金刀片的制备。首先采用多工序流程的工艺参数组合制备CMP刀片,然后采用基恩士 VHX-500FE超景深显微镜观测不同工序下磨削刀片与CMP刀片的表面形貌,并对比分析其表面完整性。2)磨削/CMP未涂层刀片加工TC4钛合金的切削力对比分析。探究常/低温及不同切削参数对切削力的影响,并对比分析磨削/CMP刀片的切削性能。3)磨削/CMP未涂层刀片加工TC4钛合金的耐用度对比研究。采用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析常/低温及不同切削参数条件对磨削/CMP刀片的切削寿命、磨损形貌以及磨损机理的影响。4)磨削/CMP未涂层刀片加工TC4钛合金的表面质量对比分析。探究常/低温及不同切削参数对加工钛合金表面粗糙度、加工硬化率的影响,揭示磨削/CMP刀片低温条件下切削TC4钛合金的加工表面质量的变化规律。综上,本文利用低温冷却方式和CMP处理工艺进一步改善了未涂层硬质合金刀具加工钛合金的切削性能与工件表面质量,为实现难加工材料高效高精加工提供了重要的参考途径。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG506
【部分图文】：

航空发动机,产品,绪论

潭大学硕士学位论文逦第１章绪论逡逑第１章绪论逡逑１．１研究背景与意义逡逑钛合金具有比强度高、刚性大、抗蠕变性能和生物相容性好等优点，目前在航空航逡逑天、军事、医疗、船舶、化工等领域应用十分广泛［１＿２］，具体包括：１）航空航天与军事：逡逑飞机、航空发动机、航天器、高强螺栓、燃料箱、导弹尾翼及弹头壳体等；２）船舶：逡逑耐压桨和桨轴、通海管路、热交换器、冷却器、动机零部件、升降装置及发射装置等；逡逑３）医疗：人体骨骼、关节、牙齿等；４）化工：石油炼制装备、冶金装备及特殊反应容逡逑器等。其中以航空航天领域的航空发动机为钛合金应用的典型产品，如图Ｕ所示。逡逑

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湘潭大学硕士学位论文逦第２章ＣＭＰ未涂层硬质合金刀片的制备逡逑于各种工件材料的表面平整化加工过程中，其装置结构示意图如图２．１所示。整个系统逡逑主要由抛光盘、抛光垫、工件夹持装置、加压装置及抛光液供给装置组成。逡逑化学机械抛光加工时，刀片被一定的压力压在旋转的抛光垫上，由亚微米或纳米磨逡逑粒和化学溶液组成的抛光液在离心力的作用下均匀分布于刀片与抛光垫之间，并与刀片逡逑发生化学反应，致使刀片表面发生钝化或弱化，从而在其表面生成一层容易去除的反应逡逑物薄膜，接着刀片表面形成的改性层在抛光液的剪切及磨粒的微机械作用下去除，然后逡逑刀片己加工表面裸露出新的材料再参与化学反应。此过程交替作用，从而可凭借平滑及逡逑均匀的方式选择性地去除刀片表面材料，实现整个刀片表面的高精度平坦化［５８￥］。逡逑化学机械抛光的材料去除机理主要取决于化学氧化与超细磨粒机械磨削的交互作逡逑用，磨料与材料表面相互摩擦产生热量，提供固相化学反应产生的条件；而抛光液中的逡逑化学成分则与材料表面发生反应

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逦１逦１逡逑图２．２化学机械抛光的因素影响示意图逡逑２．３．１实验材料与设备逡逑抛光工件：＿ＸＡ０８０４０４无断屑槽型磨削未涂层硬质合金ＹＧ８车削刀片，刀片的逡逑机械性能及成分参数表、刀片实物分别如表２．１、图２．３所示。逡逑抛光机：智能型纳米级Ｎａｎｏｐｏｌｉ－１００型抛光机，实物如图２．４所示。逡逑抛光盘：铸铁抛光盘。逦抛光垫：聚氨酯抛光垫。逡逑抛光液基液：水。逦氧化剂：双氧水（Ｈ２0２）。逡逑磨粒：碳化硅、金刚石微粉。逦加压方式：配重块。逡逑测量设备：Ｓａｒｔｏｒｉｕｓ邋ＢＳ邋２００Ｓ型电子秤、表面粗糙度测量仪及基恩士邋ＶＨＸ－５００ＦＥ逡逑超景深显微镜，实物分别如图２．５－图２．７所示。逡逑清洗设备：超声波清洗仪，实物如图２．８所示。逡逑表２．１邋ＹＧ８硬质合金刀片的机械性能及成分参数表逡逑材料逦成分逦硬度（ＨＲＡ）逦抗弯强度（ＭＰａ）逦弹性模量（ＧＰａ）逦密度（ｇ／ｃｍ３）逡逑ＹＧ８逦ＷＣ＋８％Ｃｏ逦８９逦１５００逦６００逦１４．５－１４．９逡逑／逡逑，0邋ｓＪＫＫｋ逡逑图２．３磨削硬质合金刀片实物逦图２．４邋Ｎａｎｏｐｏｌｉ－１００型抛光机逡逑１１逡逑

【参考文献】