鎳基高溫合金Inconel 718高效加工切削機(jī)理與試驗(yàn)研究.pdf

1、高效加工是金屬切削的永恒目標(biāo)，是機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展的重要方向。以鎳基高溫合金為代表的難加工航空材料具有高強(qiáng)度、強(qiáng)抗腐蝕能力、高溫下抗疲勞性能和熱穩(wěn)定性等優(yōu)良性能，在航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤、渦輪盤、整體葉輪、葉片等高溫高壓下長(zhǎng)期工作的零件中廣泛應(yīng)用。然而，這類材料切削加工性能極差，直接導(dǎo)致其加工效率低，加工成本高。究其原因，主要是對(duì)這類材料加工機(jī)理認(rèn)識(shí)不清，具體而言：首先，由于此類零件加工工藝基礎(chǔ)積累相對(duì)比較薄弱，使得加工過程傾向于選擇較低

2、的切削速度、較小切深和較低進(jìn)給來(lái)降低不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)；其次，不合理工藝參數(shù)組合以及刀具材料方面發(fā)展的限制，導(dǎo)致鎳基高溫合金在加工過程中出現(xiàn)快速刀具磨損，影響加工過程連續(xù)性；另外，加工硬化所引起的切削力、溫度急劇升高，以及加工表面及亞表面組織發(fā)生微觀改變等，進(jìn)一步制約了鎳基高溫合金高效加工技術(shù)的應(yīng)用。
　　基于上述加工現(xiàn)狀與技術(shù)難點(diǎn)，本文以高效加工鎳基高溫合金為研究目標(biāo)，重點(diǎn)研究切削過程中的切削力、切削溫度、刀具磨損和表面質(zhì)量等制約I

3、nconel718高效加工的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題。分別建立了變系數(shù)圓刀片切削力預(yù)測(cè)方法、陶瓷刀片溝槽磨損數(shù)值預(yù)測(cè)模型、插銑切削力精確預(yù)測(cè)模型以及銑削表面溫度計(jì)算方法等對(duì)應(yīng)新模型，并通過切削實(shí)驗(yàn)和加工過程物理量測(cè)試進(jìn)行校驗(yàn)和對(duì)比，最終給出了這類材料高效加工的技術(shù)方法。本文的研究工作和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
　　優(yōu)選Inconel718高效加工切削刀具，建立了圓形陶瓷刀片切削力預(yù)測(cè)模型。對(duì)比物理涂層硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具加工Inconel718切削

4、性能，優(yōu)選圓形陶瓷刀具為高速加工刀具。在此基礎(chǔ)上，將刀具-工件接觸區(qū)域離散，準(zhǔn)確描述圓形刀具切削過程未變形切厚變化過程，根據(jù)切削試驗(yàn)標(biāo)定不同切厚下對(duì)應(yīng)切削力系數(shù)，擬合切削力系數(shù)變化規(guī)律，結(jié)合經(jīng)典機(jī)械力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)切削過程整個(gè)刀片切削力的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。
　　分析刀具-工件接觸幾何，建立了陶瓷刀片溝槽磨損數(shù)值預(yù)測(cè)模型。陶瓷刀具以其優(yōu)異切削性能在高速切削領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣，研究其磨損定量模型能為切削工藝參數(shù)選擇和加工條件選取提供依據(jù)。以試驗(yàn)

5、為基礎(chǔ)，分析了陶瓷刀具高速加工Inconel718磨損機(jī)理，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察到的鎳基高溫合金加工硬化現(xiàn)象，結(jié)合切削過程刀具-工件接觸幾何，建立了一種基于工件硬化層的刀具磨損預(yù)測(cè)新方法。
　　在準(zhǔn)確分析插銑加工切削幾何的基礎(chǔ)上，給出了插銑加工切削力精確預(yù)測(cè)模型。對(duì)比分析了插銑切削幾何與側(cè)銑、端銑等方式的差異，構(gòu)建基于瞬態(tài)未變形切厚解析方程，建立了更精確的插銑加工切削力預(yù)測(cè)模型。將瞬態(tài)切削過程等效為直線切削刃和圓弧切削刃的斜角切削，結(jié)合

6、瞬時(shí)未變形動(dòng)態(tài)切厚解析方程，完善了切削力預(yù)測(cè)模型，在此基礎(chǔ)上以切削力和加工穩(wěn)定性為約束條件，建立了滿足機(jī)床負(fù)載情況下的高溫合金高速加工工藝方法。
　　提出了刀具-工件接觸弧區(qū)熱源為等腰梯形分布的假設(shè)模型，據(jù)此構(gòu)造了銑削工件表面溫度計(jì)算方法。研究分析了側(cè)銑加工過程中刀具-工件接觸軌跡運(yùn)動(dòng)方式，將銑削刀具與工件接觸過程簡(jiǎn)化為等腰梯形熱源模型，提出了基于梯形移動(dòng)熱源分布的工件表面及亞表面切削溫度預(yù)測(cè)模型，基于所提出的模型和切削試驗(yàn)分析了