难加工材料高压冷却切削性能及试验研究

发布时间：2017-10-28 15:22

  本文关键词：难加工材料高压冷却切削性能及试验研究

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【摘要】：在航空航天、医疗、化工及石油等领域，高温合金、钛合金以及合金钢等难加工材料的应用日益广泛。由于难加工材料的导热系数低、塑性韧性高、化学活性高及较高的强度等特性，在加工时通常采用常规冷却方式以提高刀具寿命和表面质量等。近年来，随着加工效率和技术要求的不断提高，常规冷却方式已逐渐不能满足加工需求，效果显著的高压冷却切削逐渐被人们认可，故本文对高压冷却切削的冷却润滑特性及相关切削试验的研究，具有重要的理论意义和实用价值。 首先，本文引用毛细管理论，分析高压冷却切削下冷却液渗入毛细管的过程及其动力学模型，建立高压冷却液形成边界润滑层的模型，探讨冷却液喷射压力及冷却液形成边界润滑层的剪切强度对前刀面摩擦力的影响，研究冷却液渗入毛细管的速度、时间随喷射压力的变化，并应用Matlab软件进行相应计算及曲线生成。研究高压冷却切削下对流换热系数的变化趋势，并以对流换热系数和导热系数为基础进行有限元仿真分析，探讨高压冷却切削对刀具、切屑及工件表面温度的影响作用。 其次，，以切削用量、冷却条件及冷却液的喷射压力为变量进行试验，对钛合金车削过程中的刀具磨损以及钛合金、高温合金及高强度钢切削中的断屑形态进行研究。分析刀具磨损的形式及影响因素，并以刀具磨损试验为基础，分析不同冷却条件及冷却液喷射压力作用与刀具磨损之间的关系。对比了在常规冷却和高压冷却条件下的切屑形态，并分析高压冷却切削对切屑折断与分离的影响。 最后，对钛合金和高强度钢车削过程中的工件已加工表面质量进行试验研究，分析不同冷却条件及切削参数对表面粗糙度、白层和残余应力的影响规律。揭示高压冷却切削对工件已加工表面质量的影响作用机理。
【关键词】：高压冷却 难加工材料 切削 刀具磨损 表面质量
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG50
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景10-11
• 1.2 课题研究的目的和意义11
• 1.3 典型冷却润滑技术的应用及研究现状11-14
• 1.3.1 水蒸气冷却12
• 1.3.2 最小量润滑（MQL）冷却12
• 1.3.3 液氮冷却12-13
• 1.3.4 高压冷却13-14
• 1.4 典型难加工材料切削的研究现状14-16
• 1.4.1 钛合金的切削研究14-15
• 1.4.2 高温合金的切削研究15
• 1.4.3 合金钢的切削研究15-16
• 1.5 课题来源及研究内容16-18
• 1.5.1 课题来源16
• 1.5.2 本文主要研究内容16-18
• 第2章 高压冷却切削的性能研究18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 切削液冷却润滑作用概述18-20
• 2.2.1 切削液的作用过程18-20
• 2.2.2 毛细管理论20
• 2.3 高压冷却切削润滑作用效果研究20-27
• 2.3.1 高压冷却液渗入毛细管的动力过程研究20-23
• 2.3.2 高压冷却液形成边界润滑层的研究23-27
• 2.4 高压冷却切削冷却作用效果研究27-33
• 2.4.1 高压冷却切削对切削温度影响的理论计算27-31
• 2.4.2 高压冷却切削温度的有限元分析31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 高压冷却切削刀具磨损及断屑试验研究34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 试验方案及测量方法34-36
• 3.2.1 工件材料34
• 3.2.2 机床及刀具34-35
• 3.2.3 冷却润滑条件35
• 3.2.4 测量方法35-36
• 3.3 高压冷却切削刀具磨损试验研究36-42
• 3.3.1 刀具磨损和破损36-38
• 3.3.2 刀具磨损原因38
• 3.3.3 试验方案38-39
• 3.3.4 试验结果39-42
• 3.4 高压冷却切削断屑研究42-46
• 3.4.1 切屑的变形过程42-43
• 3.4.2 高压冷却切削对断屑的影响试验43-44
• 3.4.3 试验结果及分析44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 高压冷却切削已加工表面质量试验研究47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 高压冷却切削已加工表面粗糙度的研究47-50
• 4.2.1 表面粗糙度的形成及影响47-48
• 4.2.2 表面粗糙度的测试试验48
• 4.2.3 表面粗糙度结果分析48-50
• 4.3 高压冷却切削已加工表面白层的研究50-53
• 4.3.1 切削加工中白层的概述50-51
• 4.3.2 高压冷却切削钛合金白层形成试验51-52
• 4.3.3 结果分析52-53
• 4.4 高压冷却切削已加工表面残余应力的研究53-59
• 4.4.1 残余应力形成原因53-54
• 4.4.2 残余应力影响因素54
• 4.4.3 试验方案及测量方法54-57
• 4.4.4 残余应力结果分析57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及专利66-67
• 致谢67

【参考文献】

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本文编号：1108820