鎳基合金Inconel718高速切削刀具磨損機理研究.pdf

1、高速、高效切削加工技術近年來以其獨特的優(yōu)勢成功應用于鋼鐵、鋁合金以及高溫合金的切削加工。論文主要針對鎳基高溫合金Inconel718高速切削加工過程中刀具摩擦磨損過程、前、后刀面的熱-力耦合場以及熱-力耦合場作用下刀具壽命的預測模型展開研究，為鎳基合金加工刀具材料選擇、刀具結構設計及切削參數優(yōu)化提供理論依據和技術支撐。
　　 依據熱力學熵產生計算方法，結合涂層硬質合金刀具高速切削Inconel718磨損特點，計算了粘滯性流動、擴

2、散和氧化反應三個磨損子過程的熵產生，從而得到系統(tǒng)總熵產生與切削速度和后刀面平均磨損量VB之間的變化規(guī)律。根據系統(tǒng)總熵產生變化趨勢深入研究了刀具自組織特性和形成過程機理，探究了積屑瘤、切屑流動帶、氧化層和粘結層4種自組織表現(xiàn)形式和各種表現(xiàn)形式所對應的減摩機理。利用總熵產生變化規(guī)律，映射了刀具磨損的層次特性，此特性根據具體切削參數選擇不同，會出現(xiàn)一個或三個磨損階段的情況。
　　 建立了考慮刀尖圓弧半徑和刀具磨損的刀具前、后刀面的熱-

3、力耦合場的三維解析模型。分析了不同切削參數和不同刀具幾何參數下，各切削微元的剪切角、剪應變、刀屑接觸長度的變化。通過計算高速切削摩擦、磨損系統(tǒng)的熱分配系數計算每個切削微元由剪切熱源和摩擦熱源引起的刀-屑接觸面的溫升。通過假設切屑流動速度為勻速，從而得到每個切屑微元受力矢量和為零，進而求得刀具所受三向分力以及合力數值。模型的計算結果表明：刀具磨損時，刀具前刀面切削力增加不顯著，切削溫度略有降低，而刀具后刀面所受力和溫度都隨著刀具的磨損明顯

4、增大。依據熱-力耦合場影響機制，分析了涂層硬質合金刀具車削Inconel718在不同的切削參數下切屑形態(tài)特征和切屑形成機理，同時分析了切削速度、進給量和刀具磨損對工件表面質量的影響。
　　 在不同的磨損階段中各種磨損機理所占的比重有較大差異。由于初始磨損階段粘結層的頻繁剝落與生成，導致廣義擴散力增大，所以擴散磨損對刀具壽命的影響最大，但是此階段由于擴散濃度小、切削溫度低氧化磨損所占的比重最小甚至不能發(fā)生。然而在穩(wěn)定磨損階段，粘結

5、層相對穩(wěn)定，剝落的頻率降低，元素的濃度梯度減低，擴散速度減慢氧化磨損提供了適合的條件，氧化磨損速率持續(xù)升高，其所占比重也越來越大，進而分析發(fā)現(xiàn)在磨損末期氧化磨損對刀具壽命的影響占絕對優(yōu)勢。綜合考慮上述三階段磨損的特點，依據擴散磨損、粘結磨損和氧化磨損機理，結合熱-力耦合作用機制建立了刀具壽命預測模型，并實驗驗證了理論模型具有一定的可行性和精確性。
　　 結合實驗加工的具體要求，重點分析了涂層硬質合金刀具和Sialon陶瓷刀具高速