镍基高温合金Inconel718高效加工切削机理与试验研究

发布时间：2018-05-28 18:02

  本文选题：高效加工 + Inconel　； 参考：《华中科技大学》2015年博士论文

【摘要】：高效加工是金属切削的永恒目标,是机械加工技术发展的重要方向。以镍基高温合金为代表的难加工航空材料具有高强度、强抗腐蚀能力、高温下抗疲劳性能和热稳定性等优良性能,在航空航天发动机压气机盘、涡轮盘、整体叶轮、叶片等高温高压下长期工作的零件中广泛应用。然而,这类材料切削加工性能极差,直接导致其加工效率低,加工成本高。究其原因,主要是对这类材料加工机理认识不清,具体而言:首先,由于此类零件加工工艺基础积累相对比较薄弱,使得加工过程倾向于选择较低的切削速度、较小切深和较低进给来降低不可预见的风险;其次,不合理工艺参数组合以及刀具材料方面发展的限制,导致镍基高温合金在加工过程中出现快速刀具磨损,影响加工过程连续性;另外,加工硬化所引起的切削力、温度急剧升高,以及加工表面及亚表面组织发生微观改变等,进一步制约了镍基高温合金高效加工技术的应用。基于上述加工现状与技术难点,本文以高效加工镍基高温合金为研究目标,重点研究切削过程中的切削力、切削温度、刀具磨损和表面质量等制约Inconel 718高效加工的关键基础问题。分别建立了变系数圆刀片切削力预测方法、陶瓷刀片沟槽磨损数值预测模型、插铣切削力精确预测模型以及铣削表面温度计算方法等对应新模型,并通过切削实验和加工过程物理量测试进行校验和对比,最终给出了这类材料高效加工的技术方法。本文的研究工作和主要创新点如下:优选Inconel 718高效加工切削刀具,建立了圆形陶瓷刀片切削力预测模型。对比物理涂层硬质合金刀具和陶瓷刀具加工Inconel 718切削性能,优选圆形陶瓷刀具为高速加工刀具。在此基础上,将刀具-工件接触区域离散,准确描述圆形刀具切削过程未变形切厚变化过程,根据切削试验标定不同切厚下对应切削力系数,拟合切削力系数变化规律,结合经典机械力学模型,实现对切削过程整个刀片切削力的准确预测。分析刀具-工件接触几何,建立了陶瓷刀片沟槽磨损数值预测模型。陶瓷刀具以其优异切削性能在高速切削领域应用越来越广,研究其磨损定量模型能为切削工艺参数选择和加工条件选取提供依据。以试验为基础,分析了陶瓷刀具高速加工Inconel 718磨损机理,并根据实验观察到的镍基高温合金加工硬化现象,结合切削过程刀具-工件接触几何,建立了一种基于工件硬化层的刀具磨损预测新方法。在准确分析插铣加工切削几何的基础上,给出了插铣加工切削力精确预测模型。对比分析了插铣切削几何与侧铣、端铣等方式的差异,构建基于瞬态未变形切厚解析方程,建立了更精确的插铣加工切削力预测模型。将瞬态切削过程等效为直线切削刃和圆弧切削刃的斜角切削,结合瞬时未变形动态切厚解析方程,完善了切削力预测模型,在此基础上以切削力和加工稳定性为约束条件,建立了满足机床负载情况下的高温合金高速加工工艺方法。提出了刀具-工件接触弧区热源为等腰梯形分布的假设模型,据此构造了铣削工件表面温度计算方法。研究分析了侧铣加工过程中刀具-工件接触轨迹运动方式,将铣削刀具与工件接触过程简化为等腰梯形热源模型,提出了基于梯形移动热源分布的工件表面及亚表面切削温度预测模型,基于所提出的模型和切削试验分析了侧铣加工表面最高温度演变规律。完成高效切削试验,研究Inconel 718加工表面完整性变化规律。结合镍基高温合金侧铣精加工工序,分析材料去除机理,并讨论其表面完整性演变规律。实验结果表明:切削参数的改变会引起工件表面质量的变化,同时使用辅助工艺加工方式对切削力影响较小,却能有效提高加工工件表面质量,具体表现为降低工件表面粗糙度、降低工件表面残余应力和加工硬化现象。
[Abstract]:This paper deals with the cutting force , cutting temperature , tool wear and surface quality of high - temperature alloy . In this paper , a new method for predicting the surface quality of the cutting tool is established based on the experimental results . The results show that the cutting force and the machining stability are the constraint conditions , and the cutting force prediction model is established based on the model and the cutting test . The results show that the cutting force is less affected by the cutting force and the machining stability .
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG506

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本文编号：1947666