高速铣削铝合金7050-T7451表面质量及耐腐蚀性研究

发布时间：2017-08-21 07:02

  本文关键词：高速铣削铝合金7050-T7451表面质量及耐腐蚀性研究

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【摘要】：随着我国制造业的迅速发展,制造业对于工件的加工质量、效率、成本、环境影响等方面提出了新的要求。高速切削技术由于具有切削速度高、进给速度高、加工精度高的优点,符合我国当前制造业发展的要求,受到多方面的重视。铝合金作为较早应用高速切削技术的材料之一,具有强度高、质量轻、成本低、加工性好的特性,在实际生产中广泛应用于飞机、汽车、船舶、化学工业等生产领域。基于上述生产需求,本文通过研究工件的微观组织结构变化,对切削速度为3000-5000m/min的铝合金7050-T7451表面质量以及耐腐蚀性进行了系统的理论分析和实验工作,为3000-5000m/min切削速度下铝合金7050-T7451的工艺应用可行性提供理论基础和实验验证。通过对比切削速度3000-5000m/min加工前后表面微观组织结构的变化,分析了加工过程中工件基体组织中的第二相析出现象,对加工过程中的切削变形机理及切屑形成原因进行了研究。结果表明,在高速切削铝合金7050-T7451时,可以观测到相变现象。随着切削速度的提高,加工过程中产生的应变、应变率都不断提高,其中应变率达到了107s-1。通过对不同参数下的切削力和切削温度进行研究,随着切削速度的提高,切削加工时的主切削力和剪切面平均温度逐渐上升,在切削速度为4500m/min时出现最大值,切削速度达到5000m/min时出现下降,但结果仍大于切削速度为3000m/min时。通过对铝合金7050-T7451工件加工表面质量的各方面内容进行研究,包括工件表面粗糙度及表面形貌在不同切削参数下的变化及原因、微观缺陷的形成机理、残余应力和加工硬化的分布状况,及微观影响层的分布。结果表明,工件的表面粗糙度随着切削速度的升高逐渐增加,切削速度为4250m/min时出现粗糙度值拐点,5000m/min时粗糙度值为最小值。但5000m/min时表面纹理相对于其他速度下的结果明显。在表面微观缺陷的研究中,分析了加工中产生的两类主要缺陷：切削刃挤压产生的白色侧流条纹和第二相中形成的微裂纹。平行于进给方向的工件表面残余压应力随着切削速度的升高逐渐增大,垂直于进给方向的工件表面残余应力变化不大。平行于进给方向的工件表层的残余压应力峰值随着切削速度的升高逐渐减小,垂直于进给方向的残余压应力的峰值较为接近。工件加工硬化峰值出现时的表层深度值随着切削速度的升高先增大后减小。通过分析残余应力和加工硬化层的分布,观察工件表层的微观变形状况,将工件变形表层分为三个部分,分别是切削刃挤压变形层、机械变形层与加工变形层。根据实验结果,各层的深度随着切削速度的上升逐渐增加。进行了中性盐雾腐蚀实验评价已加工工件的表面质量。研究表面各类金相在盐雾腐蚀条件下的腐蚀特征,并分析了表面微观缺陷的部分金相组织对工件耐腐蚀性是否存在主要影响。通过研究不同切削参数下工件表面的盐雾腐蚀损伤度,分析相同腐蚀周期下工件的切削参数对于表面腐蚀形态的影响,发现在腐蚀环境相同时,高速切削加工对已加工表面的耐腐蚀性能有提高作用。基于研究结果,在实际生产过程中可以通过选取合理的切削参数,应用切削速度3000-5000m/min的铝合金7050-T7451加工技术。
【关键词】：高速切削 铝合金7050-T7451 表面质量 微观组织结构 耐腐蚀性
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54;TG146.21
【目录】：

• 摘要12-14
• ABSTRACT14-20
• 第1章 绪论20-34
• 1.1 研究目的和意义20-21
• 1.2 铝合金高速加工研究现状21-22
• 1.3 高速切削铝合金动态力学性能和微观组织结构的研究22-25
• 1.3.1 高速切削铝合金的动态力学性能23-24
• 1.3.2 铝合金微观组织结构研究现状及存在问题24-25
• 1.4 高速切削铝合金切削力及切削温度研究现状25-26
• 1.4.1 高速切削铝合金切削力研究现状25
• 1.4.2 高速切削铝合金切削温度研究现状25-26
• 1.5 高速切削铝合金表面质量研究现状26-29
• 1.5.1 高速切削铝合金表面粗糙度研究现状27
• 1.5.2 高速切削铝合金残余应力研究现状27-29
• 1.5.3 高速切削表面加工硬化的研究现状29
• 1.6 铝合金的耐腐蚀性研究现状29-30
• 1.7 本课题研究的主要内容30-34
• 1.7.1 存在问题及课题的提出30-31
• 1.7.2 本课题的研究内容与论文结构31-34
• 第2章 铝合金7050-T7451微观组织结构研究与加工变形机理分析34-53
• 2.1 铝合金7050-T7451材料成分及力学性能34-36
• 2.1.1 铝合金7050-T7451的材料成分及分析34-35
• 2.1.2 铝合金7050-T7451主要物理性能35-36
• 2.2 铝合金7050-T7451微观组织结构及分析36-42
• 2.2.1 高速切削加工实验36-37
• 2.2.2 铝合金7050-T7451微观组织结构37-42
• 2.3 铝合金7050-T7451高速铣削的变形机理及切屑形态变化42-51
• 2.3.1 切削模型及切屑变形关系42-45
• 2.3.2 切削实验及切屑变形分析45-51
• 结论51-53
• 第3章 高速铣削铝合金7050-T7451切削力及切削温度研究53-75
• 3.1 高速铣削7050-T7451切削力研究53-61
• 3.1.1 切削力理论模型53-54
• 3.1.2 切削力实验及经验模型的建立54-58
• 3.1.3 切削力与切削参数的关系58-61
• 3.2 高速铣削7050-T7451切削温度研究61-67
• 3.2.1 铣削温度理论模型61-67
• 3.3 热-力耦合问题研究67-71
• 3.3.1 基于有限元法的热力耦合方程分析69-71
• 3.4 高速铣削过程的有限元模拟71-73
• 结论73-75
• 第4章 高速铣削铝合金7050-T7451表面粗糙度及形貌研究75-96
• 4.1 高速铣削7050-T7451表面粗糙度研究75-79
• 4.1.1 表面粗糙度实验及经验模型的建立75-77
• 4.1.2 表面粗糙度形成机理77-79
• 4.2 切削参数对表面粗糙度及表面形貌的影响79-84
• 4.3 高速切削航空铝合金7050-T7451表面形成机理及微观缺陷分析84-89
• 4.3.1 工件表面缺陷分析84-85
• 4.3.2 切削参数与白色侧流条纹宽度的关系85-86
• 4.3.3 白色侧流条纹的形成机理86-89
• 4.4 微裂纹形成机理分析89-94
• 4.4.1 表面微裂纹主要的形态分析89-90
• 4.4.2 两类主要微裂纹的形成90-91
• 4.4.3 工件表面层主要微裂纹的扩展机理91-94
• 结论94-96
• 第5章 高速铣削铝合金7050-T7451表层特征形成机理96-111
• 5.1 切削加工的残余应力96-98
• 5.1.1 残余应力的形成机理与测量方式96-98
• 5.2 残余应力测量原理及实验98-100
• 5.3 铣削参数对工件表面残余应力的影响100-103
• 5.3.1 工件表面的残余应力与切削参数的关系100-103
• 5.4 工件的加工硬化103-107
• 5.4.1 加工硬化实验及加工硬化程度分布104
• 5.4.2 切削参数对表面层加工硬化的影响104-107
• 5.5 表层特征形成机理107-109
• 结论109-111
• 第6章 高速铣削铝合金7050-T7451加工表面耐腐蚀性研究111-125
• 6.1 腐蚀研究分析111-112
• 6.1.1 盐雾试验111-112
• 6.2 工件的耐腐蚀性112-123
• 6.2.1 试样的腐蚀形态112-114
• 6.2.2 试样的腐蚀机理及过程分析114-117
• 6.2.3 切削参数对工件表面耐腐蚀性能的影响117-123
• 结论123-125
• 第7章 结论与展望125-129
• 创新点127-128
• 工作展望128-129
• 参考文献129-138
• 致谢138-139
• 攻读博士学位期间发表的论文139-140
• 附录1 英文论文140-156
• 附录2156

【参考文献】

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本文编号：711454