超硬刀具高速銑削鈦合金的基礎(chǔ)研究.pdf

1、鈦合金具有比強度高、熱強度高、抗斷裂性高、耐腐蝕性好等優(yōu)良特性，在航空航天、化工、船舶和核技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。鈦合金同時具有導(dǎo)熱系數(shù)小，高溫化學(xué)活性高，彈性模量低，摩擦系數(shù)大等特性，易導(dǎo)致其加工性能差。目前國內(nèi)外鈦合金加工主要采用硬質(zhì)合金刀具，切削速度一般在60m/min左右，大大限制了鈦合金的加工效率，如何實現(xiàn)對鈦合金材料進(jìn)行高效精密加工成為一個亟待解決的難題。聚晶金剛石刀具(Polyerystalline Diamond，簡

2、稱PCD)可以實現(xiàn)對鈦合金的高效精密加工，與硬質(zhì)合金刀具相比具有切削速度高、刀具耐用度長等優(yōu)勢。本文針對TA15鈦合金材料，開展了超硬刀具高速銑削鈦合金的基礎(chǔ)研究，主要研究工作包括以下方面：
　　 1.高速銑削鈦合金的超硬刀具設(shè)計。結(jié)合鈦合金的高速切削加工特點和超硬刀具高速銑削鈦合金的試驗，設(shè)計出適用于鈦合金高速銑削的PCD刀具，有效的控制了高速斷續(xù)切削中超硬刀具的崩刃。利用有限元分析技術(shù)，模擬了PCD刀具高速切削TA15鈦合金

3、時切削刃上的接觸應(yīng)力場，分析了刀具的幾何參數(shù)對刀具破損的影響，驗證了刀具參數(shù)設(shè)計的合理性。
　　 2.超硬刀具高速銑削鈦合金切屑形態(tài)研究。通過高速銑削TA15鈦合金試驗，對比研究不同刀具材料、不同切削用量以及不同刀具磨損狀態(tài)對切屑宏觀和微觀形貌的影響及其原因。借助金相試樣顯微分析方法，研究刀具材料、切削用量和刀具磨損對切屑變形的影響，尋找鋸齒化程度、集中剪切頻率、剪切角和滑移角隨切削用量的變化規(guī)律。
　　 3.超硬刀具高

4、速銑削鈦合金刀具耐用度研究。通過利用三維視頻顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析等手段，對不同切削速度下的刀具磨損狀態(tài)進(jìn)行跟蹤測量，對比研究了高速精加工TA15鈦合金時PCD和硬質(zhì)合金刀具的耐用度及其影響因素，觀察和研究PCD和硬質(zhì)合金刀具高速銑削鈦合金時的刀具磨損形貌，為進(jìn)一步闡述刀具的磨損機(jī)理奠定基礎(chǔ)。
　　 4.超硬刀具高速銑削鈦合金刀具磨損機(jī)理研究。首先從刀具-工件摩擦副的摩擦學(xué)特性入手，搭建了模擬高速切削過程的摩擦磨損試驗平臺，

5、開展了高速滑動摩擦磨損試驗，采用單點和雙點快速熱電偶標(biāo)定法，對所使用的自然熱電偶進(jìn)行了標(biāo)定。定量對比分析了PCD和硬質(zhì)合金與TA15鈦合金摩擦副之間的摩擦磨損特性，深入分析了速度和載荷對兩種摩擦副的摩擦系數(shù)、摩擦溫度以及摩擦磨損形貌的影響，借助掃描電鏡和能譜分析手段，對摩擦磨損機(jī)理進(jìn)行了探討，在此基礎(chǔ)上探討了高速銑削TA15鈦合金時PCD刀具的磨損機(jī)理。
　　 5.超硬刀具高速銑削鈦合金表面完整性的研究。借助三維視頻顯微鏡、顯微