鈦合金TC17力學(xué)性能及其切削加工特性研究.pdf

1、鈦合金材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、低密度以及良好的耐蝕性，是航空航天工業(yè)最主要的消費(fèi)材料。然而，由于具有導(dǎo)熱系數(shù)低、高溫化學(xué)活性高和彈性模量小特點(diǎn)，鈦合金又是一種典型的難加工材料。在切削加工過程中，容易產(chǎn)生很高的切削溫度，導(dǎo)致刀具磨損加快、表面質(zhì)量難以控制，而低的切削速度導(dǎo)致加工效率難以提高。同時，由于航空鈦合金零部件的整體結(jié)構(gòu)件設(shè)計特點(diǎn)，大量的材料需要從整塊坯料中去除，造成切削成本較高。因此，實(shí)現(xiàn)鈦合金材料的高效、高速加工成為航空航天制造

2、業(yè)亟需解決的問題。本文針對航空鈦合金TC17，基于其動態(tài)力學(xué)性能特征研究，結(jié)合切削實(shí)驗，對鈦合金TC17的切屑形貌特征、切削力、切削溫度、刀具壽命及磨損機(jī)理和表面粗糙度等切削加工特性問題及其影響規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，為生產(chǎn)實(shí)際中高效、高速切削加工提供理論與技術(shù)支持。
　　材料在快速變化載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)，對于分析材料的切削機(jī)理具有很重要的作用。論文通過準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗及分離式霍普金森壓桿實(shí)驗，獲得應(yīng)變率10-3/s～104/s，溫度2

3、5℃～800℃范圍內(nèi)，鈦合金TC17的塑性變形特征。實(shí)驗表明在高溫下TC17材料表現(xiàn)出明顯的溫度軟化特征，隨著溫度的升高，流動應(yīng)力減小。溫度在700℃以上，準(zhǔn)靜態(tài)條件下鈦合金TC17表現(xiàn)出明顯的流變軟化。通過高加載率下的沖擊壓縮實(shí)驗表明，TC17材料的屈服強(qiáng)度和流動應(yīng)力隨著應(yīng)變率增大而增大，TC17材料的動態(tài)響應(yīng)是應(yīng)變強(qiáng)化、應(yīng)變率強(qiáng)化和溫度軟化三種效應(yīng)的耦合作用。同時擬合回歸得到TC17合金材料在比較寬的溫度和應(yīng)變率范圍內(nèi)的本構(gòu)方程。<

4、br>　　通過直角切削獲得不同切削參數(shù)下的TC17材料的切屑形貌，基于熱粘塑性材料本構(gòu)失穩(wěn)條件，建立材料流變參數(shù)ψ與切削速度vc，進(jìn)給量f間的關(guān)系，獲得切屑由連續(xù)帶狀切屑向鋸齒狀轉(zhuǎn)變的臨界切削條件，及材料的臨界流變參數(shù)ψ的值。采用鋸齒形切屑的齒距、切削比、鋸齒化程度和剪切帶傾角來表征鋸齒狀切屑的幾何特征，研究切削參數(shù)對切屑幾何特征的影響，結(jié)果表明:隨著切削速度和進(jìn)給量的增大，鋸齒狀切屑的齒距和鋸齒化程度增加，剪切帶帶傾角減小;隨著切削速

5、度增大，剪切帶內(nèi)的顯微硬度增大。
　　建立了基于材料本構(gòu)關(guān)系的切削力理論預(yù)測模型，通過三因素三水平的正交回歸實(shí)驗極差分析，發(fā)現(xiàn)斜角切削加工TC17中，切削深度對切削合力影響最大，其次是切削速度，進(jìn)給量對切削合力的影響最小。切削速度vc對切削溫度的影響最顯著，進(jìn)給量f的影響次之，切削深度ap對切削溫度的影響最小。
　　研究了PVD TiAlN涂層硬質(zhì)合金刀具車削加工鈦合金TC17的刀具壽命隨切削參數(shù)的變化規(guī)律，表明切削速度vc

6、對刀具壽命具有顯著性影響，其次是進(jìn)給量f,而切削深度影響較弱。建立了刀具壽命經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，分析了刀具壽命與切削效率間的關(guān)系，借助SEM觀察和能譜分析EDS等手段，對鈦合金TC17切削加工刀具的磨損機(jī)理進(jìn)行分析。研究表明鈦合金TC17切削加工刀具磨損和失效的主要機(jī)理是粘結(jié)磨損，同時伴隨有磨粒磨損、氧化磨損、擴(kuò)散磨損。
　　通過正交回歸實(shí)驗法得到車削和面銑加工鈦合金TC17的表面粗糙度經(jīng)驗公式?；诒砻娲植诙鹊慕?jīng)驗?zāi)Ｐ?，進(jìn)行表面粗糙度對各