TC4-DT鈦合金切削性能研究與仿生刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著航空工業(yè)快速發(fā)展，具有高斷裂韌性和優(yōu)異疲勞壽命的損傷容限型鈦合金用量不斷增多。TC4-DT損傷容限型鈦合金已經(jīng)成為航空整體結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵材料，極大地提高了新型戰(zhàn)機(jī)的戰(zhàn)斗性能和服役壽命。TC4-DT鈦合金加工過程大多沿用TC4加工工藝，但是TC4-DT鈦合金具有比TC4更強(qiáng)的難加工特性，切削過程中刀具磨損、振動問題更加突出，為實(shí)現(xiàn)鈦合金結(jié)構(gòu)件高速高效加工提出新的挑戰(zhàn)。鈦合金結(jié)構(gòu)件具有薄壁深腔等弱剛性結(jié)構(gòu)，加工過程中存在切削力和振動大等問

2、題，難以獲得很高的加工質(zhì)量和效率。通過改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮刀具材料和涂層的優(yōu)異性能，是提高結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量和效率的有效途徑。
　　本文首先基于分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)研究了TC4-DT鈦合金在高溫高應(yīng)變率條件下的動態(tài)力學(xué)性能，通過研究材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線和金相組織的變化規(guī)律，分析了材料的溫度軟化和應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng);構(gòu)建了切削條件下Johnson-Cook材料本構(gòu)關(guān)系模型，精確描述材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，用于切削有限元仿真研究;對比研究了TC

3、4-DT和TC4鈦合金動態(tài)力學(xué)性能，揭示了塑性變形過程中TC4-DT和TC4鈦合金應(yīng)力和溫度的不同變化規(guī)律。
　　進(jìn)行鈦合金整體硬質(zhì)合金刀具銑削磨損試驗(yàn)，使用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析等方法，研究了刀具磨損形貌，揭示磨損機(jī)理;分析了TC4-DT鈦合金銑削過程中刀具磨損與切削力和振動關(guān)系，為刀具磨損在線監(jiān)測提供依據(jù);對比研究了TC4-DT和TC4鈦合金的切削力、振動和表面粗糙度，評估TC4-DT鈦合金銑削加工特性;提出了TC4-

4、DT和TC4銑削加工的不同刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)以及基于切削過程參量的刀具使用容限評價(jià)方法。
　　基于TC4-DT鈦合金動態(tài)力學(xué)性能和銑削加工特性研究，提出了TC4-DT鈦合金刀具設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;通過觀察模仿玉米葉子邊緣齒形，設(shè)計(jì)了具有特殊槽型和微刃結(jié)構(gòu)的立銑刀;構(gòu)建了TC4-DT鈦合金二維正交切削有限元模型，并進(jìn)行仿真模型參數(shù)化，根據(jù)有限元仿真結(jié)果優(yōu)化了仿生刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　定制了具有特殊槽型和微刃的仿生刀具，與具有相同前、后角和螺旋角