高速銑削航空鋁合金刀具失效機(jī)理及刀具壽命研究.pdf

1、高速切削加工技術(shù)是先進(jìn)實(shí)用的制造技術(shù)，正成為切削加工的主流，具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。然而，高速切削刀具的工作條件比在普通切削加工下更為惡劣，刀具失效過快一直是制約高速切削加工廣泛應(yīng)用的一個關(guān)鍵問題。高速切削時，刀具具有不同于普通切削的失效機(jī)理，需要新的理論和方法來進(jìn)行研究。航空航天行業(yè)是高速切削技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的行業(yè)之一，在高速銑削航空鋁合金時遇到了刀具失效等方面的許多問題。本文針對高速銑削航空鋁合金7050-T7451的刀具

2、失效機(jī)理和刀具壽命進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 高速切削時切削加工工藝對刀具的早期失效有著重要的影響，研究了高速銑削航空鋁合金時刀具的合理選用和高速切削共振區(qū)的判定方法。根據(jù)變速度單因素實(shí)驗測出切削力和表面粗糙度，提出了一種具有可操作性的判斷高速切削共振區(qū)的方法。研究表明，這種方法和理論分析一致，從而證明了其可行性。 研究了高速銑削7050-T7451時的切削變形程度、切屑形成和剪切角。指出高應(yīng)變、高應(yīng)變率和高溫是高速切削不同于普通

3、切削的特點(diǎn)。通過快速落刀實(shí)驗研究了切屑根部形貌，劇烈扭曲的滑移線間接證明了粘結(jié)磨損存在。通過實(shí)驗分別研究了高速車削和高速銑削7050-T7451時的切屑形態(tài)及變化規(guī)律。 研究了整體涂層硬質(zhì)合金刀具和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具高速銑削航空鋁合金的銑削力及其變化規(guī)律。首先利用七參數(shù)法對圓弧頭立銑刀進(jìn)行了幾何建模，然后建立了兩種切削刀具的力學(xué)模型，最后分別對整體式和可轉(zhuǎn)位式圓弧頭銑刀進(jìn)行了切削力正交實(shí)驗，建立了銑削力經(jīng)驗公式。

4、 研究了高速銑削航空鋁合金7050-T7451時的切削溫度。提出了高速銑削航空鋁合金切削溫度的“導(dǎo)熱反求”方法，利用紅外熱像儀和數(shù)值模擬方法確定了銑削過程中的切削溫度。通過研究發(fā)現(xiàn)切削溫度隨切削速度提高而升高，到了1000m/min后升高幅度變緩，證明M.C.Gee曲線比Salomon曲線更具合理性。通過高速斷續(xù)車削實(shí)驗得到了切削與空切時的溫度差，為求解刀具所受到的熱應(yīng)力提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 建立了基于高速切削過程熱力耦合不均勻強(qiáng)應(yīng)

5、力場的刀具失效理論，并將其運(yùn)用到分析高速銑削航空鋁合金的刀具磨損和刀具壽命研究中，利用數(shù)值模擬方法研究了熱力耦合不均勻強(qiáng)應(yīng)力場對高速銑削刀具失效的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，熱力耦合不均勻強(qiáng)應(yīng)力場的等效應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的抗拉強(qiáng)度，刀具因高周循環(huán)應(yīng)力沖擊而逐漸破壞，表明應(yīng)力疲勞對刀具失效起到重要作用。通過模擬高速銑削刀具裂紋萌生的脈沖激光熱沖擊實(shí)驗方法研究了高速切削加工熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力沖擊在刀具失效中的不同作用。通過單一激光熱沖擊研究

6、發(fā)現(xiàn)，熱應(yīng)力造成裂紋萌生，而熱力耦合的作用則使裂紋擴(kuò)展。 研究了高速銑削航空鋁合金7050-T7451時涂層整體刀具和可轉(zhuǎn)位刀具的失效形態(tài)及機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)：粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、氧化磨損是高速銑削刀具的主要失效機(jī)理。刀具前刀面不同位置擴(kuò)散磨損程度不同，擴(kuò)散行為對破損的影響比磨損要大。前、后刀面都存在擴(kuò)散磨損及粘結(jié)磨損，且前刀面比后刀面更嚴(yán)重，擴(kuò)散磨損主要是Co元素向切屑中擴(kuò)散，同時有少量Co元素發(fā)生氧化，但w元素沒有發(fā)生氧化。并以工