高压冷却下切削GH4169刀-屑摩擦特性及刀具磨损研究
GH4169高温合金具有优异的物理机械性能和组织结构，能在高温氧化以及严重腐蚀等极端条件下工作，因此，主要用来制造航空发动机和各种涡轮转子等耐热部件。由于GH4169高温合金是典型的难加工材料，在切削加工过程中，刀-屑间的剧烈摩擦将会导致工件产生较强的热塑性变形，因此将会对切削力、切屑变形、刀具寿命和工件加工表面质量等产生严重的影响。高压冷却切削是一种新型冷却方式，与常规冷却切削方式相比，高压冷却不仅可有效降低切削温度、而且还可改善加工时的断屑特性等。为此，鉴于GH4169高温合金工件的加工复杂性和重要性，本文对高压冷却下切削GH4169刀-屑摩擦特性及刀具磨损进行深入研究，主要包括以下几个方面： 首先，结合力学和金属切削原理等理论知识，对高压冷却液的喷射特性进行分析，得到冷却液的喷射直径、流速与喷射压力之间的关系式；基于边界润滑机制分析，采用力的合成和分解方法对高压冷却下的刀-屑间的接触区域所受的力进行分析，建立与高压冷却液喷射特征参数相关的切削力和摩擦力分布模型；根据切屑在刀具前刀面上的流动轨迹，建立刀-屑接触长度的解析模型，并结合高压冷却液对切屑的冲击，建立高压冷却下切屑卷曲折断模型，为后期的高压冷却切削试验研究和仿真分析提供一定的理论依据。 其次，通过Third Wave AdvantEdge仿真分析，模拟了不同喷射特征参数下的刀-屑接触长度、切屑卷曲半径、切削力和刀具应力变化规律，并对高压冷却下的刀具磨损可能产生的区域进行初步预测，为刀具磨损研究奠定一定的理论基础。 最后，针对GH4169合金材料进行高压冷却切削试验，利用KISTLER测力仪进行采集切削力试验数据，分析了各个喷射特征参数对切削力以及切屑形态的变化趋势，并结合仿真分析结果，对所建立的理论模型进行验证；基于高压冷却切削试验，分析了高压冷却下切削GH4169过程中PCBN刀具可能产生的主要磨损类型以及机理，并借助EDS能谱和SEM扫描电镜观测刀具微观形貌，重点分析了不同喷射压力下的刀具磨损形式，为高压冷却下高品质加工高温合金的刀具设计提供了一定的解决思路。
高温合金;切削加工;高压冷却;刀屑摩擦特性;刀具磨损
哈尔滨理工大学
硕士
机械制造及其自动化
吴明阳
2022
中文
TG506
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）