钛合金材料高速加工研究现状
时间:2017-06-16 17:25 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 钛合金在高温下化学活性较高，导热性较低，弹性模量也较低，所以它是得到公认的难加工材料。在加工过程中会产生较高的切削温度，无法控制表面质量要求，同时加剧了刀具的磨损。对于薄壁钛合金材料，由于切除的材料较多，加工中容易产生材料的变形，这样会严重影响加工精度[8]。10249 钛合金材料主要有如下切削特点： （1）切削温度高。由于钛合金导热系数小，加工产生的热难以传出，所以加工时会产生很高的切削温度。 （2）单位面积上的切削力较大。由于切屑与前刀面的接触很短，所以在接触处的单位面积上的切削力很大，容易造成崩刀。 （3）变形系数小。变形系数小于或接近于1，切屑在前刀面上的摩擦路程很长，刀具的磨损严重。 （4）冷硬现象严重。由于钛的化学活性较高，切削温度较高时，容易和空气中的氧、氮反应生成硬而脆的表层，同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。 在实际生产加工过程中，钛合金的切削效率很低。对于钛合金薄壁结构，加工时材料的去除率很高，而钛合金本身就很难加工，所以加工效率很低。目前，我国对于钛合金高速加工的研究还比较少，加工水平也比较低，缺乏有效的钛合金工艺数据库支持，同时，高速切削用机床，刀具和切削液的国产化程度也较低。所以，对于钛合金切削加工以及工艺优化的研究是迫切需要的。 1 高速加工切削力的研究 在高速切削时，切削力影响着切屑的成形、刀具的磨损以及加工表面质量。同时切削力又是计算切削功率，合理选择机床、刀具、夹具的必要依据。所以针对切削力的研究是比较多的。 众多学者从能量守恒以及力的平衡等方面解析出了切削力与剪切角、切削速度、剪切变形以及材料性能之间的关系式，为切削力的研究提供了理论支撑。 切削力建模是高速切削机理研究中一直关注的内容之一[9]。按照建模方法可以分为经验法、解析法、半解析法。本文主要根据经验法来研究钛合金高速切削时切削力的变化。经验法是一种比较常用的方法，先根据试验测量的切削力和切削参数或刀具几何角度的关系确定出数学表达形式，然后利用回归分析方法建立切削力方程。这种方法简单实用，但局限性比较大，只能在一定的参数范围内有效。 2 钛合金切屑成形机理 根据已有的钛合金Ti6Al4V切屑形成研究，在一定条件的切削过程中带状切屑和锯齿形切屑同时出现。锯齿状切屑的剪切角是55°，比带状切屑的剪切角38°大。一个周期力在锯齿状切屑形成过程中产生，并且这个力的周期和锯齿状峰频率相同。产生锯齿状切屑时的周期力的峰值是产生带状切屑时的1.18倍。锯齿状切屑中的未变形表面长度与进给率成正比，但与切削速度和背吃刀量无关。周期力的频率和切削速度成正比，与进给率成反比。由于大量材料被削去，在恒定切削速度下，切削力随进给率和切削背吃刀量的增加而增加。随着切削速度分别从10m/min增长到16m/min和从57m/min增长到75m/min，切削力的增加归因于应变速率的硬化。在前面所述的两个速度范围之外，随着切削速度的增长，切削力降低是因为材料的热软化。与锯齿状切屑形成相关的高频率周期力的振幅，随着背吃刀量和进给率的增加而增加,并且随着切削速度从57m/min开始增加而降低（除了在发生机械谐波时的速度）[10]。 3 切削表面粗糙度研究 表面粗糙度是指加工表面上具有的较小间距和微小峰谷不平度微观几何形状的尺寸特性。影响表面粗糙度的因素有很多，例如切削参数、刀具、被加工材料性能、切削加工条件以及高速加工中心的性能等。研究这些因素对表面粗糙度的影响是十分困难的，因为因素众多并且因素之间存在着相互作用。常用的研究表面粗糙度的方法是将某些因素确定后，再针对剩余的较少的因素进行研究。本问主要研究切削参数对表面粗糙度的研究，包括切削速度、进给速度和背吃刀量[11-13]。 (责任编辑：qin) |