高速切削钛合金刀具扩散磨损特性

发布时间：2017-09-14 20:00

  本文关键词：高速切削钛合金刀具扩散磨损特性

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【摘要】：钛合金材料具有质量轻、强度大、耐腐蚀性能好及耐高温等优点,在航空航天领域广泛使用。同时,钛合金Ti6Al4V也具有导热性低、化学活泼性高、加工回弹性大等缺点,在高速切削过程中的强热力耦合场作用下的刀具,摩擦剧烈、刀具磨损严重,直接影响钛合金构件的加工质量。本文通过研究不同类型的硬质合金刀具高速切削钛合金Ti6Al4V过程中刀具扩散磨损行为,分析不同合金成分及元素组成对刀具扩散磨损的影响特性,表征高速切削钛合金Ti6Al4V时硬质合金刀具前刀面扩散磨损的形成过程。论文主要完成如下方面内容:选用YG6、YG8刀具进行切削Ti6Al4V试验,获得切削过程中切削速度对切削力、切削温度及刀具磨损的影响特性,为进一步研究合金成分对刀具扩散磨损的影响提供一定的理论和试验基础。提出硬质合金刀具磨损的宏-介观跨尺度分析方法,建立硬质合金刀具原子群构型并进行优化,推导原子的扩散速率计算公式以及分子动力学与连续介质区耦合运动方程,为刀具宏-介观跨尺度分析提供理论依据。通过硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V仿真分析,获得硬质合金刀具主切削力、刀-屑接触区温度、前刀面温度、前刀面磨损深度随切削速度的变化规律。同时,对硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V进行热力耦合分析,获得不同切削速度下的刀具应变及刀具应力分布情况。对硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V介观原子群乱序运动及扩散特性进行分子动力学仿真,求解YG8、YT15、YW2刀具前刀面原子群扩散速率,分析三种刀具前刀面原子群密度变化特性,研究不同合金成分的硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V前刀面扩散磨损特性,提出控制硬质合金刀具扩散磨损的方法。
【关键词】：高速切削 钛合金 硬质合金刀具 扩散磨损 磨损控制
【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】：TG506
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景与意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 高速切削钛合金研究现状11-12
• 1.2.2 硬质合金刀具切削力研究现状12-13
• 1.2.3 硬质合金刀具切削温度研究现状13-14
• 1.2.4 硬质合金刀具磨损特性研究现状14
• 1.3 高速切削钛合金刀具元素扩散磨损问题分析14-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-19
• 第2章 硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V试验研究19-28
• 2.1 试验方案设计19-22
• 2.1.1 试验条件19-21
• 2.1.2 试验方法21-22
• 2.2 硬质合金刀具切削Ti6Al4V切削力及切削温度分析22-23
• 2.2.1 硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V切削力分析22-23
• 2.2.2 硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V切削温度分析23
• 2.3 硬质合金刀具切削Ti6Al4V刀具磨损情况分析23-26
• 2.3.1 硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V刀具磨损分析23-24
• 2.3.2 切削速度对硬质合金刀具前刀面扩散磨损的影响24-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第3章 硬质合金刀具扩散磨损的跨尺度分析方法28-41
• 3.1 刀具的原子/连续介质过渡区模型28-31
• 3.1.1 基于MAAD方法的原子/连续介质过渡区模型28-30
• 3.1.2 分子动力学区与连续介质区耦合运动方程30-31
• 3.2 硬质合金刀具分子动力学分析方法31-37
• 3.2.1 刀具原子群的构型及其优化31-36
• 3.2.2 系统的温度与动能涨落36
• 3.2.3 原子群扩散速率的解算方法36-37
• 3.3 硬质合金刀具切削过程的热力特性37-40
• 3.3.1 硬质合金刀具切削热的传导37-38
• 3.3.2 硬质合金刀具前刀面受力分析38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V有限元仿真分析41-57
• 4.1 基于Deform的硬质合金刀具切削Ti6Al4V仿真41-48
• 4.1.1 硬质合金刀具切削Ti6Al4V正交模型41-42
• 4.1.2 刀具-工件切削模型的边界条件及网格划分42
• 4.1.3 硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V仿真分析42-48
• 4.2 硬质合金刀具切削Ti6Al4V仿真结果分析48-50
• 4.2.1 切削速度对硬质合金刀具刀-屑接触区温度的影响48
• 4.2.2 切削速度对硬质合金刀具前刀面温度的影响48-49
• 4.2.3 切削速度对硬质合金刀具前刀面磨损深度的影响49-50
• 4.2.4 切削速度对硬质合金刀具主切削力的影响50
• 4.3 硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V热力耦合分析50-55
• 4.3.1 硬质合金刀具切削Ti6Al4V有限元模型及边界条件50-52
• 4.3.2 硬质合金刀具切削Ti6Al4V刀具应力仿真分析52-53
• 4.3.3 硬质合金刀具切削Ti6Al4V刀具应变仿真分析53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 高速切削钛合金Ti6Al4V刀具扩散磨损特性57-80
• 5.1 刀具切削过程中原子群乱序运动及扩散特性57-72
• 5.1.1 YG8刀具原子群乱序运动及扩散特性57-62
• 5.1.2 YT15刀具原子群乱序运动及扩散特性62-67
• 5.1.3 YW2刀具原子群乱序运动及扩散特性67-72
• 5.2 三种刀具材料原子群的扩散速率72-74
• 5.3 高速切削钛合金扩散磨损特性及其控制方法74-78
• 5.3.1 硬质合金刀具切削Ti6Al4V扩散磨损特性74-75
• 5.3.2 硬质合金刀具相对灰色关联分析75-77
• 5.3.3 硬质合金刀具高速切削刀具磨损控制77-78
• 5.4 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-85
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果85-86
• 致谢86

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