基于刀具—工件接触摩擦特性的高温合金热切削加工研究

发布时间：2017-12-23 18:11

本文关键词：基于刀具—工件接触摩擦特性的高温合金热切削加工研究　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：高温合金因其优异的高温力学性能、抗氧化性和抗腐蚀性而被广泛应用于航空航天领域。高温合金是一种典型的难加工材料,其切削加工效率低、加工成本高。为改善高温合金的加工性能,提高加工效率和降低加工成本,并考虑与未来增减材集成制造对接,由此开展了本文的研究工作。从高温合金与典型刀具材料的接触摩擦特性入手,研究不同温度下摩擦副的摩擦特性,揭示高温合金与刀具材料之间的摩擦磨损过程及其机理,为热辅助切削研究提供理论指导;通过高温合金热切削仿真深入分析工件预设温度对切削过程中切屑形貌、切削力、温度场分布及应力场分布的影响,探究热切削时刀-屑接触特性及机理;研究热状态下高温合金的切削性能及刀具的磨损机理,为高温合金高效切削加工刀具优选和工艺参数制定提供理论基础。开展典型刀具材料与高温合金的室温和高温摩擦特性及磨损机理的研究,将刀具材料与高温合金做成配对的摩擦副,在不同温度下采用不同的滑动速度和载荷,对比分析典型刀具材料与三类高温合金组成的摩擦副的摩擦特性及磨损性能,着重研究温度对刀具材料与高温合金间摩擦特性的影响。随着温度的升高摩擦副的摩擦系数及摩擦过程中的振动减小,刀具材料的主要磨损机理由室温下的粘结磨损和磨料磨损转变为高温下的氧化磨损和扩散磨损。刀具材料与GH2132摩擦副和刀具材料与GH4169摩擦副中刀具材料的磨损率在800 ℃时的大小顺序为WCSiCSi3N4,其余摩擦副在相同实验条件下刀具材料的磨损率大小顺序为SiCSi3N4WC。基于Abaqus有限元仿真软件,建立合理的高温合金热辅助切削有限元模型,对高温合金的热辅助切削过程进行动态模拟。通过对切削过程中切屑形貌、切削力、温度场及应力场的仿真,研究工件预设温度对热辅助切削高温合金时刀-屑接触特性及机理的影响。随着工件预设温度的升高,切削力的大小和振动幅度减小,切削过程中工件和刀具所受到的应力减小,且刀具表面上的应力梯度减小。随着工件预设温度的升高,切削过程中的绝热剪切现象减弱,切屑形貌由室温和400 ℃时的锯齿形切屑转变为600 ℃和800 ℃时的带状切屑。工件预设温度的变化对切屑在切削过程中的最大温度值没有明显影响,对其温度场的分布有较大影响。刀具表面的最高温度值随工件预设温度的升高而降低,刀具表面温度场的分布变化不大,其温度梯度随温度的升高而降低。在切削过程中,工件的应变率和应变随工件预设温度的升高而降低。以摩擦磨损实验中摩擦副的摩擦特性及磨损机理随温度的变化规律及仿真结果为基础,设计一种高温合金热辅助铣削方法及装置,展开对高温合金热切削性能的研究。在摩擦磨损实验的指导下,选用Si3N4陶瓷刀具、Si3N4基Sialon陶瓷刀具和硬质合金刀具在高温条件下铣削加工镍基高温合金,研究工件预设温度对高温合金切削性能及刀具磨损形貌和刀具磨损机理的影响。在热辅助铣削加工镍基高温合金时,硬质合金刀具的磨损比室温条件下严重,其磨损量随着工件预设温度的升高而升高,随着工件预设温度的升高刀具粘结磨损情况加剧。Si3N4陶瓷刀具和Sialon陶瓷刀具的磨损量随着工件预设温度的升高而降低,沟槽磨损和刀具的剥落现象随着工件预设温度的升高而逐步消失,磨料磨损和粘结磨损随着工件预设温度的升高变化不大。相同条件下Sialon陶瓷刀具的磨损量小于Si3N4陶瓷刀具的磨损量。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG506.74

【参考文献】