难加工材料切削过程绝热剪切塑性变形研究
发布时间：2022-01-01 05:36
随着科学技术的不断进步尤其是航空航天领域的技术的高速发展,对材料结构性能的要求越来越高,越来越多的新材料在工业生产和航空航天等国防领域得到了应用。这些新材料普遍具有优越的物理和机械性能,这使得它们很难加工,在机械制造领域称之为难加工材料,钛合金便是其中一种典型的难加工材料。钛合金构件被广泛地应用在航空航天领域中,这些钛合金构件在切削加工过程中存在切削力大、切削温度高等特点。绝热剪切是钛合金加工中高速变形过程中主要的失效形式之一,绝热剪切出现的同时还会伴随绝热剪切带,而绝热剪切带是大塑性变形导致的,会让材料的金相分布不均匀,进而让材料承载能力下降。在钛合金加工过程中的绝热剪切现象会导致加工表面质量降低,影响产品的疲劳寿命。所以对钛合金加工过程中绝热剪切的研究具有非常重要的理论价值和实际应用价值。本文以三种不同金相组织的钛合金材料（TA7:α钛合金、TB6:β钛合金、TC4:α+β钛合金）为研究对象,通过理论分析和实验观测,对不同切削速度下不同钛合金材料切削力和锯齿形切屑的形成机理进行研究,设计了一款可以自由换刀的三向测力刀架并用它对三种钛合金薄壁圆筒式样做正交切削实验,测量了三种钛合金不...
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锯齿形切屑微观图像
岚樗孀挪牧闲阅艿南陆担??跃?燃羟写?氩牧鲜?в忻芮泄叵怠Ｋ?以，绝热剪切成为高速变形过程中主要的失效形式之一。在钛合金加工过程中的绝热剪切现象会导致加工表面质量降低，是有害的[9]。为了提高工件产品质量和了解切削过程中绝热剪切这一现象，首要任务就是要研究切削过程中的切削力、用微观观察的方法研究绝热剪切带内的塑性变形、金相组织的发展变化等一些涉及力学原理以及绝热剪切形成机理方面的问题，所以难加工合金切削过程中的绝热剪切塑性变形研究十分重要。1.2国内外研究现状图1-1锯齿形切屑微观图像图1-2TC4绝热剪切带微观图像[14]绝热剪切是材料的一种局部的塑性变形变化，这种变化广泛地存在在切削、铣削等常用加工过程中。由于高速切削的应用越来越多，对材料的切削速度也是越来越快，所以材料发生变形的时间非常短，这短时间内产生的热量来不及挥发出去，类似于一个绝热过程，所以把这一过程称为绝热剪切。大量的形变高度集中在一个小变形区域，变形过程中所产生的热量引起绝热温升，局部化变形以正反馈的方式发展[10]。绝热剪切的出现必定会产生绝热剪切带，这是因为材料的应变高度集中在了一个很小范围内，这个很小的范围也就是绝热剪切带，他会使材料的力学性能不均匀，承载能力也会下降。切屑内绝热剪切带的形态大致可以分为两种，根据其金相组织是否改变，将其分为两类:(1)形变带(2)相变带[11]。形变带是材料在第一变形区发生集中形变后的组织，相变带反映了工件发生剧烈的绝热剪切的形变过程，试样在侵蚀后呈现白亮色，与基体有明显区别，其中发生了相变。从物理学的角度来看，绝热剪切带内的温度是经历过剧烈变化的，而且这个变化时间很短，且这个热量并不能很及时的挥发出去，其剧烈变化也可以表示?
第二章研究方案设计7(4)粘刀现象严重。在化学方面钛对道具上的大部分金属材料都有较强的亲和性，所以在高温高压的加工环境下，刀具易形成黏结磨损。2.2刀具选择从钛合金难加工的特点分析以及以上对钛合金的性质来看，加工钛合金的刀具材料必须具备以下性能[31]：(1)高硬度。钛合金的硬度很高，为了防止刀具崩坏，硬度要大于钛合金。(2)较大的强度。在加工时，刀具会受到较大的切削力，故需要一定的强度和韧性来抵抗。(3)高耐磨性。钛合金具有较好的韧性，所以在加工时需要很锋利的刀具，为了减少加工硬化。实验中也可以通过频繁更换刀尖位置来减少误差。(4)由于本实验是正交切削实验，应选用刀具刃倾角为0°的刀具。综上所述本实验采用的刀具为TNMG160408-EMTRZ202硬质合金数控车刀，如图2-1所示。图2-1TNMG160408-EMTRZ202硬质合金数控车刀2.3正交切削实验实际在车床切削中，机床的种类千变万化，但是可以用同样的方法去进行分析。切削加工这种加工方式有着很多的变量，不太好进行研究，所以通常情况下要简化模型才可以去进行下一步的分析：我们要尽量让待加工表面平行于刀刃方向，这就需要刀具的刃倾角为0°，这种情况下的切削主切削刃与切削方向成直角，也可以称为直角切削，或者正交切削。在正交切削中，工件的变形发生在刀具的基面内，切削力也发生在此平面内，所以这时就方便对切削力进行分解和研究，是一种很好用的分析手段。并且后续可以调整整个体系中的特定参数，依次研究不同条件下切削过程中的影响因素。最简单的直角切削，就是在龙门刨床或牛头刨床上进行。如图2-2所示，
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对TB6钛合金动态压缩性能的影响[J]. 易湘斌,张俊喜,张玲,郭小汝,李杏发,徐创文. 塑性工程学报. 2019(02)
[2]高速切削加工技术[J]. 徐磊,李强,王冲. 现代制造技术与装备. 2018(06)
[3]钛合金材料高效高速加工机床应用现状及发展趋势[J]. 徐吉存,陈洪军,曹文智,罗和平. 金属加工(冷加工). 2018(05)
[4]钛合金的切削加工经验[J]. 郑文虎,张明杰. 金属加工(冷加工). 2017(16)
[5]高速铣削TB6钛合金切削力和表面粗糙度预测模型[J]. 常文春,易湘斌,李宝栋,张玲,徐创文,沈建成,李怀元. 制造技术与机床. 2017(04)
[6]不同合金元素对钛合金绝热剪切敏感性的影响机理[J]. 李金泉,徐碧聪,靳硕学,张鹏,姜增辉,曹兴忠. 中国科学:技术科学. 2017(03)
[7]锯齿形切屑对切削力影响试验研究[J]. 刘文静,高毅,王敏杰,魏兆成. 金属加工(冷加工). 2015(10)
[8]TC4钛合金锯齿形切屑绝热剪切带的微观组织和显微硬度变化[J]. 王升平. 中国机械工程. 2012(09)
[9]钛合金切削时锯齿形切屑形成的材料组织变化研究[J]. 朱雨恩,万珍平,魏兴钊. 机械科学与技术. 2011(05)
[10]钛合金加工特性分析及刀具选择[J]. 陈爽,张葆青,闫石. 工具技术. 2011(04)
博士论文
[1]钛及钛合金中绝热剪切带微观结构演化及其集体行为研究[D]. 汪冰峰.中南大学 2006
硕士论文
[1]数控机床切削加工机理研究及测试分析系统开发[D]. 王作学.重庆大学 2018
[2]高应变载荷下压电传感器性能研究[D]. 王培德.大连理工大学 2016
[3]300M超高强度钢铣削过程仿真及实验研究[D]. 王崇勋.哈尔滨理工大学 2013
[4]高速切削不锈钢切屑形成微观机理研究[D]. 于海洋.大连理工大学 2012
[5]航空钛合金结构件高效铣削工艺研究[D]. 李兴泉.东北大学 2010
本文编号：3561725
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锯齿形切屑微观图像
岚樗孀挪牧闲阅艿南陆担??跃?燃羟写?氩牧鲜?в忻芮泄叵怠Ｋ?以，绝热剪切成为高速变形过程中主要的失效形式之一。在钛合金加工过程中的绝热剪切现象会导致加工表面质量降低，是有害的[9]。为了提高工件产品质量和了解切削过程中绝热剪切这一现象，首要任务就是要研究切削过程中的切削力、用微观观察的方法研究绝热剪切带内的塑性变形、金相组织的发展变化等一些涉及力学原理以及绝热剪切形成机理方面的问题，所以难加工合金切削过程中的绝热剪切塑性变形研究十分重要。1.2国内外研究现状图1-1锯齿形切屑微观图像图1-2TC4绝热剪切带微观图像[14]绝热剪切是材料的一种局部的塑性变形变化，这种变化广泛地存在在切削、铣削等常用加工过程中。由于高速切削的应用越来越多，对材料的切削速度也是越来越快，所以材料发生变形的时间非常短，这短时间内产生的热量来不及挥发出去，类似于一个绝热过程，所以把这一过程称为绝热剪切。大量的形变高度集中在一个小变形区域，变形过程中所产生的热量引起绝热温升，局部化变形以正反馈的方式发展[10]。绝热剪切的出现必定会产生绝热剪切带，这是因为材料的应变高度集中在了一个很小范围内，这个很小的范围也就是绝热剪切带，他会使材料的力学性能不均匀，承载能力也会下降。切屑内绝热剪切带的形态大致可以分为两种，根据其金相组织是否改变，将其分为两类:(1)形变带(2)相变带[11]。形变带是材料在第一变形区发生集中形变后的组织，相变带反映了工件发生剧烈的绝热剪切的形变过程，试样在侵蚀后呈现白亮色，与基体有明显区别，其中发生了相变。从物理学的角度来看，绝热剪切带内的温度是经历过剧烈变化的，而且这个变化时间很短，且这个热量并不能很及时的挥发出去，其剧烈变化也可以表示?
第二章研究方案设计7(4)粘刀现象严重。在化学方面钛对道具上的大部分金属材料都有较强的亲和性，所以在高温高压的加工环境下，刀具易形成黏结磨损。2.2刀具选择从钛合金难加工的特点分析以及以上对钛合金的性质来看，加工钛合金的刀具材料必须具备以下性能[31]：(1)高硬度。钛合金的硬度很高，为了防止刀具崩坏，硬度要大于钛合金。(2)较大的强度。在加工时，刀具会受到较大的切削力，故需要一定的强度和韧性来抵抗。(3)高耐磨性。钛合金具有较好的韧性，所以在加工时需要很锋利的刀具，为了减少加工硬化。实验中也可以通过频繁更换刀尖位置来减少误差。(4)由于本实验是正交切削实验，应选用刀具刃倾角为0°的刀具。综上所述本实验采用的刀具为TNMG160408-EMTRZ202硬质合金数控车刀，如图2-1所示。图2-1TNMG160408-EMTRZ202硬质合金数控车刀2.3正交切削实验实际在车床切削中，机床的种类千变万化，但是可以用同样的方法去进行分析。切削加工这种加工方式有着很多的变量，不太好进行研究，所以通常情况下要简化模型才可以去进行下一步的分析：我们要尽量让待加工表面平行于刀刃方向，这就需要刀具的刃倾角为0°，这种情况下的切削主切削刃与切削方向成直角，也可以称为直角切削，或者正交切削。在正交切削中，工件的变形发生在刀具的基面内，切削力也发生在此平面内，所以这时就方便对切削力进行分解和研究，是一种很好用的分析手段。并且后续可以调整整个体系中的特定参数，依次研究不同条件下切削过程中的影响因素。最简单的直角切削，就是在龙门刨床或牛头刨床上进行。如图2-2所示，
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对TB6钛合金动态压缩性能的影响[J]. 易湘斌,张俊喜,张玲,郭小汝,李杏发,徐创文. 塑性工程学报. 2019(02)
[2]高速切削加工技术[J]. 徐磊,李强,王冲. 现代制造技术与装备. 2018(06)
[3]钛合金材料高效高速加工机床应用现状及发展趋势[J]. 徐吉存,陈洪军,曹文智,罗和平. 金属加工(冷加工). 2018(05)
[4]钛合金的切削加工经验[J]. 郑文虎,张明杰. 金属加工(冷加工). 2017(16)
[5]高速铣削TB6钛合金切削力和表面粗糙度预测模型[J]. 常文春,易湘斌,李宝栋,张玲,徐创文,沈建成,李怀元. 制造技术与机床. 2017(04)
[6]不同合金元素对钛合金绝热剪切敏感性的影响机理[J]. 李金泉,徐碧聪,靳硕学,张鹏,姜增辉,曹兴忠. 中国科学:技术科学. 2017(03)
[7]锯齿形切屑对切削力影响试验研究[J]. 刘文静,高毅,王敏杰,魏兆成. 金属加工(冷加工). 2015(10)
[8]TC4钛合金锯齿形切屑绝热剪切带的微观组织和显微硬度变化[J]. 王升平. 中国机械工程. 2012(09)
[9]钛合金切削时锯齿形切屑形成的材料组织变化研究[J]. 朱雨恩,万珍平,魏兴钊. 机械科学与技术. 2011(05)
[10]钛合金加工特性分析及刀具选择[J]. 陈爽,张葆青,闫石. 工具技术. 2011(04)
博士论文
[1]钛及钛合金中绝热剪切带微观结构演化及其集体行为研究[D]. 汪冰峰.中南大学 2006
硕士论文
[1]数控机床切削加工机理研究及测试分析系统开发[D]. 王作学.重庆大学 2018
[2]高应变载荷下压电传感器性能研究[D]. 王培德.大连理工大学 2016
[3]300M超高强度钢铣削过程仿真及实验研究[D]. 王崇勋.哈尔滨理工大学 2013
[4]高速切削不锈钢切屑形成微观机理研究[D]. 于海洋.大连理工大学 2012
[5]航空钛合金结构件高效铣削工艺研究[D]. 李兴泉.东北大学 2010
本文编号：3561725
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