鎳基合金Inconel718高速切削刀具磨損機(jī)理研究.pdf

1、高速、高效切削加工技術(shù)近年來以其獨特的優(yōu)勢成功應(yīng)用于鋼鐵、鋁合金以及高溫合金的切削加工。論文主要針對鎳基高溫合金Inconel718高速切削加工過程中刀具摩擦磨損過程、前、后刀面的熱-力耦合場以及熱-力耦合場作用下刀具壽命的預(yù)測模型展開研究，為鎳基合金加工刀具材料選擇、刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計及切削參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
　　 依據(jù)熱力學(xué)熵產(chǎn)生計算方法，結(jié)合涂層硬質(zhì)合金刀具高速切削Inconel718磨損特點，計算了粘滯性流動、擴(kuò)

2、散和氧化反應(yīng)三個磨損子過程的熵產(chǎn)生，從而得到系統(tǒng)總熵產(chǎn)生與切削速度和后刀面平均磨損量VB之間的變化規(guī)律。根據(jù)系統(tǒng)總熵產(chǎn)生變化趨勢深入研究了刀具自組織特性和形成過程機(jī)理，探究了積屑瘤、切屑流動帶、氧化層和粘結(jié)層4種自組織表現(xiàn)形式和各種表現(xiàn)形式所對應(yīng)的減摩機(jī)理。利用總熵產(chǎn)生變化規(guī)律，映射了刀具磨損的層次特性，此特性根據(jù)具體切削參數(shù)選擇不同，會出現(xiàn)一個或三個磨損階段的情況。
　　 建立了考慮刀尖圓弧半徑和刀具磨損的刀具前、后刀面的熱-

3、力耦合場的三維解析模型。分析了不同切削參數(shù)和不同刀具幾何參數(shù)下，各切削微元的剪切角、剪應(yīng)變、刀屑接觸長度的變化。通過計算高速切削摩擦、磨損系統(tǒng)的熱分配系數(shù)計算每個切削微元由剪切熱源和摩擦熱源引起的刀-屑接觸面的溫升。通過假設(shè)切屑流動速度為勻速，從而得到每個切屑微元受力矢量和為零，進(jìn)而求得刀具所受三向分力以及合力數(shù)值。模型的計算結(jié)果表明：刀具磨損時，刀具前刀面切削力增加不顯著，切削溫度略有降低，而刀具后刀面所受力和溫度都隨著刀具的磨損明顯

4、增大。依據(jù)熱-力耦合場影響機(jī)制，分析了涂層硬質(zhì)合金刀具車削Inconel718在不同的切削參數(shù)下切屑形態(tài)特征和切屑形成機(jī)理，同時分析了切削速度、進(jìn)給量和刀具磨損對工件表面質(zhì)量的影響。
　　 在不同的磨損階段中各種磨損機(jī)理所占的比重有較大差異。由于初始磨損階段粘結(jié)層的頻繁剝落與生成，導(dǎo)致廣義擴(kuò)散力增大，所以擴(kuò)散磨損對刀具壽命的影響最大，但是此階段由于擴(kuò)散濃度小、切削溫度低氧化磨損所占的比重最小甚至不能發(fā)生。然而在穩(wěn)定磨損階段，粘結(jié)

5、層相對穩(wěn)定，剝落的頻率降低，元素的濃度梯度減低，擴(kuò)散速度減慢氧化磨損提供了適合的條件，氧化磨損速率持續(xù)升高，其所占比重也越來越大，進(jìn)而分析發(fā)現(xiàn)在磨損末期氧化磨損對刀具壽命的影響占絕對優(yōu)勢。綜合考慮上述三階段磨損的特點，依據(jù)擴(kuò)散磨損、粘結(jié)磨損和氧化磨損機(jī)理，結(jié)合熱-力耦合作用機(jī)制建立了刀具壽命預(yù)測模型，并實驗驗證了理論模型具有一定的可行性和精確性。
　　 結(jié)合實驗加工的具體要求，重點分析了涂層硬質(zhì)合金刀具和Sialon陶瓷刀具高速