应力不同组织结构钛合金切削性能实验设计

摘要：钛合金具有比强度高、耐热性和耐蚀性好等优良性能，在各工业领域特别是航空航天领域得到越来越广泛的运用。同时，钛合金的热导率低、弹性模量小、化学活性高，易导致刀具的严重磨损，是一种典型的难加工材料。钛合金中不同的α、β相添加元素或者这些添加元素的量不同，以及不同的工艺都将导致钛合金组织结构上的差别。随着工业的进展，新型的高性能的钛合金不断被开发出来，与此同时，如何提升加工性能，提升加工效率，降低加工成本也成为一个难题。本论文主要有两个部分：第一部分，以切削力、表面粗糙度、残余应力、刀具磨损、切屑形态等方面，探讨不同组织结构的α+β型钛合金——T、TC6和TC11棒材的车削加工性能。1.车削三种钛合金T、TC6和TC11时的切削力的实验探讨采取中心组合设计法设计实验案例，利用响应曲面法给出了切削力的预测公式，结合方差浅析探讨了加工参数对切削力的影响。浅析了相同参数下，车削不同材料时切削力的比较。给出了考虑加工效率时，各种材料车削加工的优化参数。同时对车削加工的切削力进行剖析建模，提取车削力系数和流屑角，计算出切削力系数与流屑角的拟合公式。2.车削钛合金TC11时表面粗糙度的实验探讨采取中心组合设计法设计实验案例，利用响应曲面法给出了切削力的预测公式，结合方差浅析探讨加工参数对表面粗糙度的影响。3.车削钛合金TC6和TC11时残余应力的实验探讨选取部分参数进行钛合金TC6和TC11的残余应力检测，比较残余应力的大小，观察残余应力的变化走势。4.车削三种钛合金T、TC6和TC11时的切屑变形浅析的探讨选取部分参数，对车削三种钛合金T、TC6和TC11时的锯齿形切屑进行浅析，考察加工参数的影响，以及三种材料的区别。5.车削钛合金TC6和TC11时刀具磨损的实验探讨固定加工参数，进行刀具磨损实验。通过拍摄显微照片，探讨刀具的磨损形式以及比较车削两种材料时，刀具磨损的区别。第二部分，以切削力、表面粗糙度和刀具磨损等方面，探讨三种不同组织结构，α相、β相比例差别更大的钛合金——TC17、TC18和TA19块料的面铣加工性能。1.铣削三种钛合金TC17、TC18和TA19时的切削力的实验探讨考察加工参数对铣削力的影响走势，比较面铣三种材料时的切削力。2．铣削钛合金TC18和TA19时的表面粗糙度的实验探讨考察加工参数对表面粗糙度的影响走势，比较面铣两种材料时的表面粗糙度。3.铣削三种钛合金TC17、TC18和TA19时的刀具磨损的实验探讨探讨硬质合金刀具铣削钛合金的刀具磨损机理与失效形式。固定加工参数进行刀具磨损实验，采取高倍显微镜观察刀具刃口形貌和前、后刀面的磨损形态，采取X射线能谱仪和扫描电镜（SEM）浅析刀具的磨损形态和表面材料成分，探讨被加工表面损坏机理。关键词：组织结构论文切削性能论文切削力系数论文流屑角论文表面粗糙度论文残余应力论文刀具磨损论文

摘要5-7

ABSTRACT7-11

第一章 绪论11-23

1.1 课题探讨背景11-12

1.2 钛合金的基本性质12-16

1.3 钛合金的加工变形特点16

1.4 钛合金切削加工的探讨近况16-22

1.4.1 概述16-18

1.4.2 切削刀具材料及其磨损理由18-21

1.4.3 钛合金切削液21

1.4.4 钛合金的切屑形成21-22

1.4.5 表面完整性22

1.5 本论文的主要探讨内容22-23

第二章 切削性能评价实验技术和实验设备23-30

2.1 切削实验用机床23

2.2 切削力采集系统23-24

2.3 刀具几何参数测量24-25

2.4 刀具磨损量、锯齿形切屑变形测量25-27

2.5 表面残余应力检测27-28

2.6 加工表面粗糙度测量28-29

2.7 本章小结29-30

第三章 三种α＋β型钛合金车削性能探讨30-62

3.1 前言30-31

3.2 钛合金车削力建模及切削力系数计算31-35

3.2.1 车削力建模31-33

3.2.2 切削力系数的计算33-35

3.3 车削实验35-40

3.3.1 工件材料35-37

3.3.2 实验用刀具37

3.3.3 实验案例37-40

3.4 实验结果及浅析40-60

3.4.1 切削力40-50

3.4.2 加工表面粗糙度50-51

3.4.3 加工表面残余应力51-53

3.4.4 切屑变形浅析53-57

3.4.5 刀具磨损情况浅析57-60

3.5 本章小结60-62

第四章 不同组织结构钛合金铣削性能探讨62-77

4.1 前言62

4.2 端面铣削加工方式特点62-64

4.3 铣削实验64-65

4.4 实验结果及浅析65-75

4.4.1 切削力65-69

4.4.2 表面粗糙度69

4.4.3 钛合金铣削刀具磨损浅析69-75

4.5 本章小结75-77

第五章 结论与展望77-79

5.1 全文总结77-78

5.2 探讨展望78-79