基于表面微織構(gòu)刀具的鈦合金綠色切削冷卻潤(rùn)滑技術(shù)研究.pdf

1、刀具快速磨損依然是制約難加工材料高速高效加工的關(guān)鍵問題，在未徹底實(shí)現(xiàn)陶瓷和超硬材料的高硬度和高韌性完美結(jié)合的情況下，利用刀具材料革新實(shí)現(xiàn)鈦合金、高溫合金等難加工材料切削速度進(jìn)一步提高仍難有本質(zhì)上的突破。目前鈦合金切削加工刀具仍以硬質(zhì)合金刀具為主，通過改善刀/工表面摩擦接觸狀態(tài)以降低切削力、切削溫度和抑制刀具磨損是提高鈦合金加工效率的一種有效方式。當(dāng)前仿生摩擦學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，高性能的表面織構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)良好的減摩、抗黏附和提高耐磨性，這給刀工接

2、觸表面狀態(tài)減摩帶來了新的研究方向。為此，本文針對(duì)鈦合金切削摩擦磨損問題，對(duì)表面微織構(gòu)刀具在鈦合金切削加工中的應(yīng)用進(jìn)行了探索性研究。主要研究工作包括：
　　 (1)通過對(duì)傳統(tǒng)常規(guī)表面刀具在冷卻潤(rùn)滑條件下的切削試驗(yàn)，研究了干切削、低溫冷風(fēng)、MQL、低溫MQL以及靜電環(huán)境對(duì)鈦合金高速切削摩擦狀況以及刀具磨損的影響，并結(jié)合切削物理仿真試驗(yàn)，分析了冷卻潤(rùn)滑介質(zhì)在刀工副摩擦過程中的作用機(jī)理。
　　 (2)研究刀具表面微織構(gòu)的設(shè)計(jì)與制

3、造，利用有限元技術(shù)分析表面微坑/微溝槽織構(gòu)參數(shù)對(duì)刀具應(yīng)力、變形的影響，以指導(dǎo)刀具表面微坑或微溝槽的設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，利用激光加工與電解加工技術(shù)對(duì)刀具表面微織構(gòu)進(jìn)行加工，對(duì)比分析兩種加工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，為刀具表面微織構(gòu)的加工提供依據(jù)。
　　 (3)進(jìn)行硬質(zhì)合金/鈦合金摩擦副的摩擦磨損試驗(yàn)，通過與傳統(tǒng)光滑表面試樣的對(duì)比，研究了表面微織構(gòu)的減摩性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，微織構(gòu)可以有效地降低摩擦副的摩擦因數(shù)，相對(duì)于微坑深度，微坑直徑對(duì)摩擦因數(shù)影

4、響程度較大，而微溝槽的減摩效果優(yōu)于微坑。
　　 (4)正交切削TC4的試驗(yàn)結(jié)果表明，微坑與微溝槽類型的表面微織構(gòu)均可以有效地降低硬質(zhì)合金切削鈦合金時(shí)的切削力與切削溫度，有限元仿真結(jié)果表明微溝槽的置入可以延長(zhǎng)刀屑接觸長(zhǎng)度，增大切削力的同時(shí)擴(kuò)大了刀具表面熱傳導(dǎo)面積，降低了切削變形程度，從而降低切削溫度。通過對(duì)不同織構(gòu)類型表面織構(gòu)刀具切削鈦合金時(shí)形成的切屑形貌的研究，分析了刀具表面微溝槽對(duì)切屑變形的影響。
　　 (5)通過TC

5、4鈦合金車削試驗(yàn)，分析了干切削、MQL以及低溫MQL條件下表面微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀具在高速切削鈦合金時(shí)的主要磨損形式和刀具耐用度。結(jié)果表明表面微織構(gòu)刀具的刀具壽命明顯高于傳統(tǒng)光滑無織構(gòu)刀具，在干切削、MQL和低溫MQL條件下，微溝槽織構(gòu)刀具分別降低刀具后刀面平均磨損5.0％、7.7%、12.3%。通過對(duì)表面微溝槽織構(gòu)刀具的減摩抗粘結(jié)機(jī)理以及磨損破損機(jī)理的分析，表面微溝槽織構(gòu)的置入可以降低刀具的粘結(jié)磨損。微溝槽的強(qiáng)度對(duì)溝槽破損有重要影響，在粘