钛合金Ti5553液氮低温切削过程稳定性试验研究

发布时间：2020-06-05 15:18

【摘要】：钛合金Ti5553是一种亚稳态近β相钛合金,以其高强度、高韧性、高渗透性和低偏析性等优势,赢得了国际上的高度评价,并获得了世界最先进、高强度、高韧性钛合金材料的美誉(相对于Ti-1023,强度提高15%),可替代Ti-1023钛合金大量应用于飞机起落架和飞机骨架结构件中。Ti5553在车削过程中极易产生速度敏感性、颤振、不断屑等现象,生产过程中具有切削力大,振动幅度大,振动频率高等特点,极易造成系统共振,使加工过程存在安全隐患。由于Ti5553的难加工性,低温液氮冷却以其优异的冷却性能和良好的可实现性已逐渐取代了常规冷却加工,在金属加工领域扮演了越来越重要的角色。液氮低温切削能够大幅降低切削温度,减小刀具磨损,提高工件的表面完整性,从而在确保加工质量的前提下提高加工效率。因此,本文针对钛合金Ti5553液氮低温切削过程稳定性展开理论和试验方面的研究,并进一步对液氮低温车削颤振抑制装置进行研究,最后对稳定性模型与颤振抑制装置进行试验验验证。主要内容如下:针对柔性工件液氮低温车削加工过程,考虑精确的刀片边缘几何和再生效应,建立车削稳定性动力学模型,并基于切比雪夫配点法沿切削刃离散主偏角和切削力模型的变化切削系数,以实现动力学方程的时域求解。针对柔性工件液氮低温车削加工中的切削振动特点,分别选取电流变材料、电流变液双电极复合材料和超磁致伸缩制动器作为颤振控制的致动器,建立基于切削颤振抑制结构,对其颤振抑制作用原理进深入的理论和仿真分析,并给出切削颤振抑制结构作用的条件。基于稳定性模型获取的稳定域阈值和车削加工过程中的动态信号,分别应用智能电流变液技术、智能电流变液双电极复合结构和超磁致伸缩制动器设计三种切削颤振抑制结构,对颤振抑制结构的颤振抑制作用进行深入的理论分析,并提出此种装置的颤振抑制条件和相应的改进措施。通过模态试验,获取液氮低温车削系统的动力学参数以得到车削过程的稳定性极限;通过提取车削过程中的切削力与振动信号特征,利用参数验证的方法验证车削过程稳定性预测模型的正确度和准确性;此外,在外加电场作用下进行切削系统的动态特性激振实验,将三种车削颤振抑制结构应用于细长轴零件的车削加工过程中,通过改变工件悬伸长度和电场强度等因素,获得其参数变化对颤振抑制的影响规律,以验证颤振抑制装置的抑振效果。
【图文】：

钛合金,在航,领域

.1.1 课题来源本课题来源于：国家自然科学基金 “ 液氮低温切削钛合金i-5Al-5V-5Mo-3Cr 刀具失效界限和加工特性研究”(编号：51475126)。.1.2 研究的目的和意义近年来，以习近平总书记为核心的党中央领导小组不断紧抓现代化科技强战略、科技强军战略，使得我国在航空航天领域对飞行器的要求要愈加严格高精尖。钛合金以其高强度、高耐热性与高抗腐蚀性能等众多优点，越来越到航空航天领域的青睐，并在造船、医疗、化工等部门得到了广泛应用[1]。合金 Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr(Ti5553)是一种亚稳态近 β 相钛合金，以其高强度、韧性、高渗透性和低偏析性等优势，赢得了国际上的高度评价，并获得了世最先进、高强度、高韧性钛合金材料的美誉（相对于 Ti-1023，强度实现了大度提高），因此，飞机起落架及骨架结构件中都在大量使用钛合金 Ti5553，如 1-1 所示[2,3,4]。

液氮,低温

证加工精度等现象；(3)钛合金 Ti5553 切削过程中刀具与切屑接触区域较小，接触长度较短，屑不易卷曲，极易造成不断屑现象，严重的或导致切屑缠绕在刀具/工件削过程带来麻烦；(4)钛合金 Ti5553 加工过程中切削力较大，振动幅度较大，振动频率较高造成系统共振，使加工过程存在安全隐患。由于 Ti5553 的难加工性，液氮低温冷却技术以其优异的冷却性能和良好现性已逐渐取代了常规冷却加工，在金属加工领域饰演着更为重要的角低温切削能够大幅降低切削热，减小刀具磨损，提高工件的表面完整性在确保质量的前提下提高效率。液氮低温切削如图 1-2 所示。工件材料低温环境下，其硬度会发生变化，必然引起径向力随之变化，，同时切屑会变得与常规不同，而且切削力在液相-汽相转变时也会收到冲击，这些对切削稳定性带来直接影响[5-11]。然而，当下国内外对液氮低温环境的切性研究才刚刚起步，仅美国的 Jawahi 等通过试验进行了干式切削和低温切削稳定性的对比分析[12]，缺乏基础研究。
【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】：2018
【分类号】：TG506.7

【参考文献】