Ti6Al4V切削过程热力耦合作用下刀具磨损研究

发布时间：2021-04-24 09:39

　　钛合金因其比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优异的综合性能,在航空航天、石油化工、生物医学等领域得到了广泛应用。然而,钛合金具有弹性模量小、导热系数低、高温化学活性高的特点,使其成为一种典型的难加工材料。目前,在钛合金的切削加工中常用的刀具材料主要有硬质合金、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼等,其中硬质合金因其综合性价比最高而受到最广泛的使用。然而,在加工钛合金时硬质合金刀具容易发生严重的磨损现象,这不仅会对切削效率、工件的加工尺寸精度和表面质量造成影响,更直接关系到了生产成本。因此,研究硬质合金刀具加工钛合金时的刀具磨损问题对实际生产具有重要的理论价值和现实意义。本文针对一种重要的航空钛合金Ti6Al4V的切削过程进行了实验和仿真研究。对切削过程中的热力耦合问题进行了理论分析,建立了Ti6Al4V直角切削时刀具前刀面与后刀面的热力耦合计算模型;使用两种常见的涂层硬质合金刀具SP4019和NL300在高、中、低速下对Ti6Al4V进行切削,发现切削速度对刀具磨损的影响非常大,高速切削时刀具的磨损非常剧烈且容易在较短时间内失效;对两种涂层刀具进行了扫描电镜分析和能谱分析,得出实验中刀具的磨损机理为... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 钛合金材料性能与加工特点
        1.2.1 钛合金的材料性能
        1.2.2 钛合金的加工特点
        1.2.3 钛合金切削加工使用的刀具材料
    1.3 刀具磨损的研究现状与存在问题
        1.3.1 刀具磨损的实验研究现状
        1.3.2 刀具磨损的仿真研究现状
        1.3.3 存在的问题
    1.4 研究的目的与意义
    1.5 本文的主要研究内容
第二章 Ti6Al4V切削过程热力耦合理论基础
    2.1 切屑变形与受力分析
        2.1.1 切削层金属的变形过程和变形区的划分
        2.1.2 已加工表面的形成与切屑的受力
    2.2 切屑的速度分析
    2.3 切削过程中的热量产生与分配
    2.4 切削过程中的传热分析
    2.5 Ti6Al4V直角切削前刀面热力耦合分析
        2.5.1 剪切带热源引起的温升
        2.5.2 摩擦热源引起的温升
        2.5.3 Ti6Al4V直角切削前刀面热力耦合模型的计算方法
    2.6 Ti6Al4V直角切削后刀面热力耦合分析
    2.7 本章小结
第三章 Ti6Al4V切削实验及结果分析
    3.1 实验设备
        3.1.1 实验机床与测量设备
        3.1.2 工件材料与刀具材料
    3.2 实验方案与步骤
        3.2.1 实验方案
        3.2.2 实验步骤
    3.3 实验结果与分析
        3.3.1 切屑形貌分析
        3.3.2 实验刀具的磨损形貌分析
        3.3.3 刀具磨损对切削力的影响
        3.3.4 切削速度对刀具磨损的影响
        3.3.5 刀具涂层对刀具磨损的影响
    3.4 本章小结
第四章 Ti6Al4V高速切削刀具磨损机理研究
    4.1 刀具的磨损与破损
        4.1.1 刀具磨损形态
        4.1.2 刀具的破损
    4.2 刀具磨损过程与磨钝标准
        4.2.1 刀具的磨损过程
        4.2.2 刀具的磨钝标准
    4.3 常见的刀具磨损机理与磨损模型
        4.3.1 刀具磨损机理
        4.3.2 刀具磨损模型
    4.4 实验刀具的磨损形式与磨损机理分析
        4.4.1 实验刀具的磨损形式
        4.4.2 高速切削Ti6Al4V刀具的磨损机理
        4.4.3 刀具磨损模型的建立
    4.5 本章小结
第五章 Ti6Al4V高速切削刀具磨损仿真分析
    5.1 有限元仿真软件的选择
    5.2 Advant Edge软件介绍
    5.3 切削仿真建模过程
        5.3.1 几何模型
        5.3.2 本构模型
        5.3.3 切屑分离准则
        5.3.4 刀具-切屑接触摩擦模型
        5.3.5 刀具磨损模型设定
    5.4 有限元仿真结果分析
        5.4.1 切削力和刀具峰值温度的变化
        5.4.2 刀具的磨损过程
        5.4.3 刀具磨损与切屑形态的交互影响
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录A （硕士期间所获科研成果）


【参考文献】：
期刊论文
[1]硬质合金切槽车刀性能分析[J]. 王仁伟,邵芳,何玲.  工具技术. 2017(04)
[2]PCBN刀具磨损对切削过程影响的有限元仿真研究[J]. 张佳奕.  工具技术. 2017(01)
[3]Ti6Al4V车削加工时硬质合金刀具磨损的数值模拟[J]. 王仁伟,何玲,邵芳,罗金刚.  机床与液压. 2016(17)
[4]切削加工过程有限元仿真研究的最新进展[J]. 岳彩旭,蔡春彬,黄翠,刘二亮.  系统仿真学报. 2016(04)
[5]钛合金铣削加工刀具磨损有限元预测分析[J]. 孙玉晶,孙杰,李剑峰.  机械工程学报. 2016(05)
[6]TC4铣削加工的刀具磨损与切削力和振动关系研究[J]. 姜振喜,孙杰,李国超,贾兴民,李剑峰.  兵工学报. 2015(01)
[7]硬质合金刀具切削Ti6Al4V的磨损机理及特征[J]. 姜增辉,王琳琳,石莉,吴月颖.  机械工程学报. 2014(01)
[8]钛合金TC4高速切削刀具磨损的有限元仿真[J]. 陈燕,杨树宝,傅玉灿,徐九华,苏宏华.  航空学报. 2013(09)
[9]航空航天材料发展现状及前景[J]. 唐见茂.  航天器环境工程. 2013(02)
[10]高速干铣削钛合金时涂层硬质合金刀具磨损机理研究[J]. 李安海,赵军,罗汉兵,裴志强.  摩擦学学报. 2012(01)

博士论文
[1]基于热—力—微观组织耦合的钛合金铣削刀具失效机理研究[D]. 王福增.山东大学 2016
[2]高效切削钛合金Ti6Al4V刀具磨损特性及切削性能研究[D]. 范依航.哈尔滨理工大学 2011
[3]硬质合金刀具与Ti-6Al-4V钛合金的化学性能匹配研究[D]. 李友生.山东大学 2010
[4]钛合金Ti6Al4V高效切削刀具摩擦磨损特性及刀具寿命研究[D]. 王晓琴.山东大学 2009

硕士论文
[1]钛合金铣削过程中刀具磨损及残余应力研究[D]. 丁宝洋.大连理工大学 2018
[2]高速切削Ti6Al4V硬质合金刀具磨损预测研究[D]. 王洋.安徽工业大学 2016
[3]微细铣削刀具磨损的声发射特征研究[D]. 严浩.南京航空航天大学 2016
[4]高速切削钛合金刀具磨损仿真的研究[D]. 张富君.沈阳理工大学 2016
[5]钛合金TC4铣削加工刀具磨损的有限元研究[D]. 吴远晨.山东大学 2014
[6]高速铣削钛合金Ti6Al4V的刀具磨损研究[D]. 牟涛.山东大学 2009



本文编号：3157134