高速銑削航空鋁合金刀具失效機理及刀具壽命研究.pdf

1、高速切削加工技術是先進實用的制造技術，正成為切削加工的主流，具有強大的生命力和廣闊的應用前景。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用的一個關鍵問題。高速切削時，刀具具有不同于普通切削的失效機理，需要新的理論和方法來進行研究。航空航天行業(yè)是高速切削技術應用最為廣泛的行業(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、失效機理和刀具壽命進行了系統(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。指出高應變、高應變率和高溫是高速切削不同于普通

3、切削的特點。通過快速落刀實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磨損存在。通過實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合金刀具和超細晶粒硬質合金可轉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行了幾何建模，然后建立了兩種切削刀具的力學模型，最后分別對整體式和可轉位式圓弧頭銑刀進行了切削力正交實驗，建立了銑削力經驗公式。

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力提供了基礎數(shù)據(jù)。 建立了基于高速切削過程熱力耦合不均勻強應

5、力場的刀具失效理論，并將其運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應力場對高速銑削刀具失效的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，熱力耦合不均勻強應力場的等效應力遠遠小于超細晶粒硬質合金的抗拉強度，刀具因高周循環(huán)應力沖擊而逐漸破壞，表明應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驗方法研究了高速切削加工熱應力和機械應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)，熱應力造成裂紋萌生，而熱力耦合的作用則使裂紋擴展。 研究了高速銑削航空鋁合金7050-T7451時涂層整體刀具和可轉位刀具的失效形態(tài)及機理。研究發(fā)現(xiàn)：粘結磨損、擴散磨損、氧化磨損是高速銑削刀具的主要失效機理。刀具前刀面不同位置擴散磨損程度不同，擴散行為對破損的影響比磨損要大。前、后刀面都存在擴散磨損及粘結磨損，且前刀面比后刀面更嚴重，擴散磨損主要是Co元素向切屑中擴散，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