钛合金超声辅助磁性磨料光整加工切削力与材料去除规律研究

发布时间：2020-11-13 00:34

　　 钛合金由于其优异的材料性能,在航空航天等领域的应用越来越广泛,在这些应用中对钛合金零件的精度要求越来越高,因此如何实现钛合金零件高质高效的光整加工成为国内外学者研究的热点问题。超声辅助磁性磨料光整加工作为一种新型复合加工技术,具有加工表面质量、加工精度和效率高等特点,在钛合金光整加工方面具有很高的应用价值。在钛合金超声辅助磁性磨料光整加工中,切削力和材料去除速率是表征加工过程的重要参数。因此本文分别建立了钛合金超声辅助磁性磨料光整加工的切削力和材料去除模型,通过试验对模型进行了验证,并研究了加工参数对切削力和材料去除规律的影响,主要研究工作和结论如下:(1)根据超声辅助磁性磨料光整加工的加工特性,分析加工过程中磁性磨料与磁极工具的运动关系,基于磁极工具的运动建立了磁性磨料的运动模型。通过宏观力学与材料微观力学相结合,研究了钛合金在超声冲击作用下的弹性变形、塑性变形和弹性回弹三个变形阶段,得到了每一个变形阶段的临界点以及临界条件下金刚石磨粒压入钛合金工件的深度。(2)在假设所有参与光整加工的金刚石磨粒都是具有相同直径的刚性球体等条件下,对加工过程中金刚石磨粒对钛合金工件的切削力进行分析,考虑超声能量在磁性磨间传递的能量损失,引入能量传递效率系数,建立了钛合金超声辅助磁性磨料光整加工切削力模型。开展钛合金超声辅助磁性磨料光整加工测力试验,随机抽取部分试验结果通过方差分析法求解出能量传递效率η =62.5,并利用剩余试验结果对建立的切削力模型进行了验证,模型计算值与试验测量值的最大误差为11%。基于此模型研究了加工参数对切削力的影响,结果表明:随着金刚石磨粒半径、超声振动幅度和超声振动频率的增大,切削力增大;随着加工间隙增大,切削力减小。(3)基于钛合金的塑性变形和塑性流动是材料去除的唯一方式等假设和简化条件下,考虑每个金刚石磨粒在加工过程中去除材料的概率,引入去除概率系数,建立了钛合金超声辅助磁性磨料光整加工材料去除模型。开展钛合金超声辅助磁性磨料光整加工试验,基于试验结果通过黄金分割法求得去除概率系数φ=1/60,并对材料去除率模型进行验证,最大误差为6.4%。利用此模型研究了加工参数对材料去除速率的影响,研究结果表明:主轴转速增加材料去除速率提升;进给速度增加材料去除速率下降;加工间隙增加材料去除速率下降。
【学位单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG580.6
【部分图文】：

第一章绪论??第一章绪论??１．１引言??钛合金作为２０世纪５０年代发展起来的重要结构金属合金，由于其耐热性、强度、??塑性、初性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好己被广泛应用于航空、??航天、军工、电子和汽车等领域，成为工业中的王牌合金Ｈｉ。钛合金主要被用于制造汽??轮机和飞机发动机的叶轮、涡轮分子泵转子及精密模具等复杂零部件，如图１．１所示。??在这些典型的零件中，均需要对复杂曲面进行光整加工，但由于钛合金强度高、初性强、??粘性大、导热性差，是典型的难加工合金材料，加工精度和表面质量很难保证，且这类??零部件结构复杂，在加工中易产生刀具千涉，特别是叶轮类零件，由于其加工面积大、??形状复杂、壁薄，且具有很高的尺寸和形状的精度要求＞５］。??

、，精度等特点，同时可以很好地与数控机床、加工中心和机动化［１６］，适合于各种复杂曲面零件的光整加工。??助磁性磨料光整加工原理??磁性磨料光整加工是在传统的磁性磨料光整加工中加入高图１．２所示。加工时首先要选择合适的加工间隙，将磁极工指定位置，并在磁极工具与工件之间加入磁性磨料，磁性磁感线的分布情况进行排布，形成一个柔性碗状的磁性磨后，机床主轴带动磁极工具，磁极工具带动磁性磨料刷以幅杆将超声振动传递给磁极工具，磁极工具传递给磁性磨以速度故旋转运动，并且按照规定的加工轨迹进行进用下以速度Ｆｍ向工件表面运动。由于高频超声振动的引入面进行滑擦和微切削作用还增加了高频高速撞击作用，不断压，并增加单位时间内与工件表层接触的磁性磨料数量，提的塑性压入深度，从而实现材料的高质高效加工。??

１２？２０Ｎ，扭矩的变化范围为２？１４Ｎｍ，相对性磨料光整加工法向力有所提高、扭矩有??所减小。芦亚萍等［２１］针对硬度为ＨＲＣ２９的４５＃钢进行了两种加工方式的对比试验，结??果表明超声辅助磁性磨料光整加工的材料去除量在传统磁性磨料光整加工的基础上增??加了一个周期性变化的去除量，并通过试验结果发现工件表面受到了磁性磨料的喷丸作??用，改变了工件表面的应力状态。陈燕等ｔ２２＿２３ｌ针对ＳＵＳ３０４不锈钢进行了超声辅助磁性??磨料光整加工试验，结果表明与传统的磁性磨料光整加工相比，加工效率提高了一倍，??并且得到了表面粗糙度〇．〇６ｐｍ得到加工表面。高国富等［％针对工程陶瓷进行了传统??磁性磨料光整加工与磁性磨料光整加工的正交对比试验，在相同试验参数下对比磁力研??磨与超声辅助磁力研磨后表面粗糙度和表面粗糙度变化率，得出最优试验参数。焦安源??等针对钛合金锥孔进行了传统磁性磨料光整加工与超声辅助磁性磨料光整加工对比??试验，试验结果表明与传统的磁性磨料光整加工相比，超声辅助磁性磨料光整加工的加??工效率明显提高，材料去除率提高了?１．６倍，表面粗糙度下降率是传统工艺的１．３倍。??杨海吉等［２６】针对ＴＣ４薄壁细长管内表面进行了传统磁性磨料光整加工与超声辅助磁性??磨料光整加工对比试验，结果表明与经过传统磁性磨料光整加工后的工件表面相比，施??加超声振动后的表面质量明显提高，粗糙度由１．２５ｐｍ下降到７？ａ?０．２５叫ｎ。??
【参考文献】

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本文编号：2881464