铣削Ti6Al4V刀具刃口钝化研究

2020-12-08阅读(187)

论文摘要

钛合金Ti6Al4V具有比强度高、耐热性和耐蚀性好等优良性能,被广泛应用于航空航天工业,然而由于其导热系数低、化学活性高、弹性模量小等特点使其成为典型的难加工材料。在铣削Ti6Al4V过程中,由于Ti6Al4V材料的导热系数低,而且切屑与前刀面的接触长度极短,切削时产生的热不易传出,集中在切削变形区和切削刃附近的较小范围内,切削刃刃口处会产生极高的切削温度,而且铣削时切削刃所受到的负载是不连续的,从而导致刀具刃口快速磨损破损。刀具刃口钝化结构成为保证刀具寿命、提高加工效率的一个十分重要的因素。本文以铣削Ti6Al4V刀具切削刃刃口钝化结构为研究对象,通过有限元仿真方法,以最低切削温度为优化指标,对适合铣削Ti6Al4V刀具的刃口钝化结构进行了优化；并通过铣削Ti6Al4V过程中切削力、切削温度、切屑形貌、刀具寿命、表面质量完整性分析,研究了不同刃口钝化结构对铣削Ti6Al4V加工过程的影响。1.基于Power-Law模型建立Ti6Al4V的本构关系模型,并对三维铣削过程进行了二维简化,建立了能够反映刃口特点的刀片模型,并通过仿真切削力与实验结果的对比,验证了有限元模型的正确性。2.通过切削力、切削温度的对比,研究了不同刃口钝圆半径及不同刃口复合结构对铣削Ti6Al4V的影响规律,并以最低切削温度为优化指标,对适合铣削Ti6Al4V的刃口钝圆半径及刃口复合结构进行了优化。3.通过不同刃口钝圆半径的刀具铣削Ti6Al4V的刀具寿命试验研究,发现在相同切削条件下,当切削路程相同时,不同钝圆半径的刀具磨损速度是不同的,切削力的大小也是不同的。4.通过刃口钝化型式为钝圆刃的刀具与刃口未钝化刀具铣削Ti6Al4V试验,揭示刃口钝化刀具对于铣削Ti6Al4V表面质量完整性的影响规律及作用机理。

论文目录

目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 引言

1.2 钛合金Ti6Al4V的材料性能与切削加工特性

1.3 钛合金加工刀具研究与工程应用现状分析

1.4 刀具刃口钝化国内外研究现状

1.5 有限元在切削加工中的应用

1.6 课题研究目的及意义

1.7 课题研究主要内容及论文框架

第二章 Ti6Al4V切削加工有限元仿真建模及实验验证

2.1 钛合金Ti6Al4V材料本构模型的建立

2.2 刀-屑摩擦模型的建立

2.3 二维简化铣削模型的建立

2.4 反映刀刃特点铣削用刀片建模

2.5 有限元模型的实验验证

2.6 本章小结

第三章 Ti6Al4V铣削刀具刃口钝化结构优化

3.1 铣削钛合金Ti6Al4V刀具几何参数的选择

3.1.1 前角的选择

3.1.2 后角的选择

3.1.3 刀尖的选择

3.1.4 切削刃刃口钝化结构的选择

3.2 刃口钝圆半径对Ti6Al4V铣削过程的影响规律

3.2.1 切削力对比

3.2.2 切屑形貌对比

3.2.3 切削温度对比

3.3 刀具刃口钝圆半径优化

3.3.1 刀片刃口钝圆半径优化

3.3.2 整体硬质合金刀具刃口钝圆半径优化

3.4 复合结构刃口建模

3.5 刃口复合结构对Ti6Al4V铣削过程的影响规律

3.5.1 切削力对比

3.5.2 切削温度对比

3.6 刀具刃口复合结构优化

3.7 本章小结

第四章铣削Ti6Al4V刃口钝化刀具寿命研究

4.1 干切削Ti6Al4V刀具磨损机理分析

4.2 刀具寿命试验设计

4.3 试验结果分析

4.3.1 刀具寿命对比分析

4.3.2 刃口磨损形态对比分析

4.3.3 切削力对比分析

4.4 本章小结

第五章刃口钝化刀具铣削Ti6Al4V表面质量完整性研究

5.1 刃口钝化刀具切削Ti6Al4V已加工表面形成过程

5.2 试验设计

5.3 刃口钝化刀具铣削Ti6Al4V表面粗糙度研究

5.3.1 表面粗糙度的形成机理

5.3.2 试验结果分析

5.4 表面层显微组织

5.4.1 SEM试验

5.4.2 表面层显微组织分析

5.5 刃口钝化刀具铣削Ti6Al4V加工表面硬化研究

5.5.1 加工表面硬化机理

5.5.2 切削加工表面硬化评价方法

5.5.3 表面显微硬度测量

5.5.4 结果分析

5.6 刃口钝化刀具铣削Ti6Al4V残余应力研究

5.6.1 残余应力形成机理

5.6.2 试验设计

5.6.3 X射线应力测量

5.6.4 试验结果分析

5.7 本章小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与参研课题

发表论文

参研课题

致谢

学位论文评阅及答辩情况表

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