基于表面微織構刀具的鈦合金綠色切削冷卻潤滑技術研究.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鍵問題，在未徹底實現(xiàn)陶瓷和超硬材料的高硬度和高韌性完美結合的情況下，利用刀具材料革新實現(xiàn)鈦合金、高溫合金等難加工材料切削速度進一步提高仍難有本質上的突破。目前鈦合金切削加工刀具仍以硬質合金刀具為主，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。當前仿生摩擦學的研究發(fā)現(xiàn)，高性能的表面織構可以實現(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，本文針對鈦合金切削摩擦磨損問題，對表面微織構刀具在鈦合金切削加工中的應用進行了探索性研究。主要研究工作包括：
　　 (1)通過對傳統(tǒng)常規(guī)表面刀具在冷卻潤滑條件下的切削試驗，研究了干切削、低溫冷風、MQL、低溫MQL以及靜電環(huán)境對鈦合金高速切削摩擦狀況以及刀具磨損的影響，并結合切削物理仿真試驗，分析了冷卻潤滑介質在刀工副摩擦過程中的作用機理。
　　 (2)研究刀具表面微織構的設計與制

3、造，利用有限元技術分析表面微坑/微溝槽織構參數(shù)對刀具應力、變形的影響，以指導刀具表面微坑或微溝槽的設計。在此基礎上，利用激光加工與電解加工技術對刀具表面微織構進行加工，對比分析兩種加工技術的優(yōu)缺點，為刀具表面微織構的加工提供依據(jù)。
　　 (3)進行硬質合金/鈦合金摩擦副的摩擦磨損試驗，通過與傳統(tǒng)光滑表面試樣的對比，研究了表面微織構的減摩性能，試驗結果表明，微織構可以有效地降低摩擦副的摩擦因數(shù)，相對于微坑深度，微坑直徑對摩擦因數(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的試驗結果表明，微坑與微溝槽類型的表面微織構均可以有效地降低硬質合金切削鈦合金時的切削力與切削溫度，有限元仿真結果表明微溝槽的置入可以延長刀屑接觸長度，增大切削力的同時擴大了刀具表面熱傳導面積，降低了切削變形程度，從而降低切削溫度。通過對不同織構類型表面織構刀具切削鈦合金時形成的切屑形貌的研究，分析了刀具表面微溝槽對切屑變形的影響。
　　 (5)通過TC

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