宽温域与多介质混合微量润滑条件下铝合金7055-T6I4切削加工性与表面完整性研究

发布时间：2020-11-01 19:42

　　 7055铝合金因具有低密度、高强度、高硬度及优良的耐腐蚀性能等优点被作为轻量化的首选材料之一,被广范的应用到航空航天领域,并且大都以大型结构件使用。考虑7055铝合金在切削加工过程中的变形很难控制,加工表面质量较差,刀具磨损严重,将会导致较大的残余应力,极易受到盐雾腐蚀。因此,7055铝合金的切削加工性和耐腐蚀性的研究就显得尤为重要。论文以7055-T6I4铝合金为研究对象,采用实验和仿真方法对7055铝合金的切削加工性和耐腐蚀性进行研究。通过-90℃~350℃的霍普金森动态冲击实验结果,基于动态屈服应力和剪应力的数量关系,建立了宽温域的剪应力模型;通过二维不等剪切区模型和三维正交切削模型建立了宽温域的三向切削力的预测模型;考虑切削加工过程中的高应变、高应变率和高温度的“三高特性”,基于反求法和微量润滑的切削力对宽温域的三向切削力模型进行了修正。通过验证发现:经过修正的三向切削力的预测模型的预测值和实验值的误差低于10%。极端环境下的干切削条件下,高温切削的7055铝合金的切削加工残余应力均以残余拉应力形式存在;低温和室温下的7055铝合金的切削加工残余应力均存在残余拉应力和残余压应力,并且,最大残余压应力与切削速度、切削深度和进给量之间均呈现出负相关,最大残余拉应力与切削参数之间呈现出正相关。单介质微量润滑切削条件下,相同切削参数时,高温切削的7055铝合金的加工硬化特性最优;低温和高温环境下,最大残余压应力的大小顺序为:水润滑乳化液润滑油润滑,最大残余拉应力的大小顺序与最大残余压应力相反。多介质混合微量润滑切削条件下,低温环境下的残余压应力为唯一的残余应力形式,室温和高温的残余应力的形式为残余拉应力和残余压应力兼有;相同切削条件下,最大残余压应力与水的射流速度呈现出正相关,最大残余拉应力与水的射流速度呈现出负相关,低温切削的最大残余压应力约为高温切削的3倍。通过7055铝合金切削加工耐腐蚀性研究结果可知:低温和室温环境下,7055铝合金的电化学阻抗谱的半径与水油射流比之间呈现出明显的正相关,高温环境下,7055铝合金的电化学阻抗谱呈现出C型。通过无沉淀析出带(PFZ)可以看出:低温下,随着油水射流比的不断增大,7055铝合金的晶界的析出相之间的间隔变小,不连续性变差,无沉淀析出带的尺寸和晶内析出相的尺寸也对着有水射流比的增大呈现出减小的趋势;高温下,当油水射流比为1.5时,7055铝合金的切削加工表面的晶界析出相主要以不连续链状分布;油水射流比为2.5时的晶界析出相呈双排平行分布。基于剪应力和动态屈服应力的理论关系建立了满足“三高特性”的Johnson-Cook本构方程和损伤本构模型,并且,对动态冲击过程中的绝热剪切现象和微观组织进行了分析。动态冲击温度为-60℃时,应变率超过2000s~(-1),组织内部开始产生尺寸不同的微裂纹,并且TEM组织内存在不同程度的第二相粒子的脆性断裂现象;动态冲击温度介于20℃~150℃时,随着应变率的不断增大,7055铝合金的金相组织演变过程中均存在绝热剪切带,并且在绝热剪切带的内部存在汇聚型微裂纹。当动态冲击的温度介于250℃~350℃时,7055铝合金的动态冲击的微观组织以形变带为主,并且在TEM微观组织中伴随着动态再结晶现象。基于前述建立的本构方程和摩擦模型建立了2D和3D有限元模型并进行了仿真,仿真结果显示:刀具前刀面应力与切削深度之间呈现出明显的正相关,前刀面接触区长度与切削深度也呈现出正相关;后刀面接触应力与切削深度之间呈现出明显的正相关,刀尖圆弧半径与后刀面接触应力之间呈现出明显的负相关;切削速度与切屑卷曲半径、切屑宽度及切屑温度均呈现出正相关关系。
【学位单位】：青岛理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG506
【部分图文】：

图 1.1 切削中的摩擦Fig.1.1 Friction in cutting2 研究的目的及意义旨在探究良好的切削加工工艺，来达到降低切削热，减轻刀具磨损，提

图 2.1KV800-1 型加工中心、测力仪和粗糙度仪Fig.2.1 kv800-1 machining center, dynamometer and roughness meter

盐雾腐蚀工作站Fig.2.2Saltspraycorrosionworkstation
【参考文献】

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本文编号：2866000