近α高温钛合金BTi6431S高速车削刀具磨损行为特性研究

发布时间：2017-11-01 06:21

  本文关键词：近α高温钛合金BTi6431S高速车削刀具磨损行为特性研究

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【摘要】：随着航空工业的快速发展,对材料的耐高温性能提出了更高的要求。BTi6431S是一种最新研制的近α高温钛合金,其在600℃的环境下仍然具有很高的屈服强度和抗蠕变性能,在航空航天领域有着巨大的应用前景。但钛合金属于典型的难加工材料,目前绝大多数研究都是对Ti6Al4V合金进行的,还没有看到关于近α钛合金切削性能研究的文献。因此,本文对近α钛合金BTi6431S进行了高速车削实验,对钛合金BTi6431S的切屑形貌特征、切削力、刀具磨损机理等进行了系统的研究。通过分析钛合金BTi6431S的切屑形貌,发现钛合金BTi6431S的切屑形貌为典型的锯齿形切屑,随着切削速度的增加锯齿的齿高增大,频率增加,锯齿状变得更加显著。对切屑的几何特征进行测量和分析,发现当切削速度和进给量增加时,切削比变大,剪切带倾角减小,锯齿化程度增大,且钛合金BTi6431S切屑的锯齿化程度显著高于Ti6Al4V合金。此外,还对切屑的绝热剪切带微观结构演化过程进行了分析,发现随着速度的增加,剪切带由变形带逐渐转变为转变带。对切削力的变化规律进行分析。结果表明切削力随着切削速度或进给量的增加而增加,切削参数的变化对主切削力Fy的影响最大,Fx和Fz较小。此外,刀具磨损使平均切削力逐渐增大,切削力的波动范围增加。且发现切削钛合金BTi6431S的切削力明显大于切削钛合金Ti6Al4V的切削力。对刀具磨损形态进行分析,结果发现在切削钛合金BTi6431S时,刀具切削刃崩碎现象比切削钛合金Ti6Al4V严重。利用SEM和EDS观察分析,发现切削刃口附近区域含有Ti、Al、Sn等工件材料的元素,没有Co和W元素,磨损区域边界含有O元素,这说明了刀具磨损是粘结、氧化和扩散共同作用下产生的结果。另外,在相同的切削长度下,当切削速度为90m/min时,切削钛合金BTi6431S刀具后刀面的磨损量为0.317mm,而切削钛合金Ti6Al4V刀具后刀面的磨损量为0.187mm,这表明了切削钛合金BTi6431S时刀具磨损更为严重。通过分析超声椭圆振动原理和对钛合金BTi6431S进行超声椭圆振动高速车削试验,发现切屑因切削时刀具几何角度的时刻变化而呈现缠绕形管状。且超声椭圆振动使切削力的波动范围减小50%左右,使切削系统更加稳定。此外,超声椭圆振动提高了刀具的耐用度,增加了刀具对工件材料的切除体积。
【关键词】：钛合金BTi6431S 高速车削 切屑形貌 切削力 刀具磨损
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG51
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 选题依据及意义9-10
• 1.2 钛合金的基本性质10-12
• 1.2.1 钛合金材料分类10-11
• 1.2.2 钛合金性能及加工特性11-12
• 1.3 钛合金高速切削技术研究12-17
• 1.3.1 高速切削技术及其国内外发展现状12-14
• 1.3.1.1 高速切削的定义13
• 1.3.1.2 高速切削的特点13
• 1.3.1.3 高速切削的研究现状13-14
• 1.3.2 钛合金高速切削的研究现状14-17
• 1.3.2.1 钛合金锯齿形切屑形成机理的研究现状14-16
• 1.3.2.2 钛合金切削力研究现状16
• 1.3.2.3 钛合金刀具磨损研究16-17
• 1.3.3 钛合金高速切削研究的主要问题17
• 1.4 近α钛合金BTI6431S简介17-18
• 1.5 本文的主要研究内容18-19
• 第2章 试验设计与试验方案19-26
• 2.1 试验设备19-21
• 2.1.1 试验机床19
• 2.1.2 观察与测量设备19-21
• 2.2 工件材料与刀具选择21-23
• 2.2.1 工件材料21-22
• 2.2.2 刀具选择22-23
• 2.3 试验部分23-25
• 2.3.1 试验目的23
• 2.3.2 单因素试验23-24
• 2.3.3 试验步骤24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 近α钛合金BTI6431S高速车削切屑形貌研究26-39
• 3.1 引言26
• 3.2 切屑变形的一般规律26-28
• 3.3 切屑形貌分析28-34
• 3.3.1 切屑形貌的宏观分析28-29
• 3.3.2 切屑形貌的微观分析29-31
• 3.3.3 切屑形貌的几何特征分析31-34
• 3.3.3.1 切削比32
• 3.3.3.2 剪切带倾角32-33
• 3.3.3.3 锯齿化程度33-34
• 3.4 锯齿形切屑剪切带演化及形成机理分析34-38
• 3.4.1 锯齿形切屑的绝热剪切带微结构演化过程34-36
• 3.4.2 近α钛合金BTi6431S锯齿形切屑形成机理36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 近α钛合金BTI6431S高速车削切削力研究39-52
• 4.1 引言39
• 4.2 金属切削力学基础39-42
• 4.2.1 切削力的来源39-40
• 4.2.2 切削参数40
• 4.2.3 切削合力与分力40-41
• 4.2.4 影响切削力的因数41-42
• 4.3 切削力的实验研究42-49
• 4.3.1 切削力变化规律分析42-44
• 4.3.1.1 切削速度对切削力的影响42-43
• 4.3.1.2 进给量对切削力的影响43-44
• 4.3.2 刀具磨损对切削力的影响44-49
• 4.3.2.1 刀具磨损对静态切削力的影响44-45
• 4.3.2.2 刀具磨损对动态切削力的影响45-49
• 4.4 不同钛合金材料的切削力对比49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 近α钛合金BTI6431S高速车削刀具磨损特性研究52-68
• 5.1 引言52
• 5.2 刀具磨损和破损形态分析52-57
• 5.2.1 前刀面磨损形貌53-54
• 5.2.2 后刀面磨损形貌54-55
• 5.2.3 切削刃微崩或刀尖微崩55-56
• 5.2.4 不同钛合金材料刀具磨损形态对比56-57
• 5.3 刀具磨损机理分析57-61
• 5.3.1 粘结磨损59-60
• 5.3.2 氧化磨损60-61
• 5.3.3 扩散磨损61
• 5.4 刀具磨损过程分析61-63
• 5.4.1 初期磨损62
• 5.4.2 正常磨损62
• 5.4.3 剧烈磨损62-63
• 5.5 切削条件对刀具磨损的影响63-66
• 5.5.1 切削速度对刀具磨损的影响63
• 5.5.2 进给量对刀具磨损的影响63-64
• 5.5.3 不同钛合金材料的刀具磨损对比64-66
• 5.6 本章小结66-68
• 第6章 近α钛合金BTI6431S超声椭圆振动高速车削试验研究68-83
• 6.1 引言68
• 6.2 超声椭圆振动切削原理68-72
• 6.2.1 超声椭圆振动切削运动特性69-70
• 6.2.2 不分离型超声椭圆振动切削特性70-72
• 6.3 试验系统72-75
• 6.3.1 超声椭圆振动车削装置及试验平台的建立72-75
• 6.3.2 超声椭圆振动装置性能测试75
• 6.3.3 试验方案75
• 6.4 试验结果分析75-82
• 6.4.1 切屑形貌的研究76-77
• 6.4.1.1 切屑宏观形貌76
• 6.4.1.2 切屑微观形貌76-77
• 6.4.2 切削力特性研究77-80
• 6.4.2.1 近α钛合金BTi6431S超声椭圆振动高速车削的动态切削力分析77-79
• 6.4.2.2 近α钛合金BTi6431S超声椭圆振动高速车削的静态切削力分析79-80
• 6.4.3 刀具磨损形貌研究80-81
• 6.4.4 超声椭圆振动对刀具磨损量的影响81-82
• 6.5 本章小结82-83
• 第7章 总结与展望83-85
• 7.1 总结83-84
• 7.2 展望84-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士期间发表论文和科研情况89-90
• 致谢90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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3 李友生;吴冲浒;陈荣德;;高速车削钛合金时硬质合金刀具和涂层刀具的寿命分析[J];制造技术与机床;2011年06期

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1 肖宁斌;BTi-6431S钛合金板材热成形性能评价研究[D];南京航空航天大学;2012年

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本文编号：1125634