难加工材料切削过程绝热剪切塑性变形研究

• 作 者: 段如轩
• 出 处: 北方工业大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 难加工材料 绝热剪切 锯齿形切屑 正交切削实验 切削力 切屑形貌

随着科学技术的不断进步尤其是航空航天领域的技术的高速发展,对材料结构性能的要求越来越高,越来越多的新材料在工业生产和航空航天等国防领域得到了应用。这些新材料普遍具有优越的物理和机械性能,这使得它们很难加工,在机械制造领域称之为难加工材料,钛合金便是其中一种典型的难加工材料。钛合金构件被广泛地应用在航空航天领域中,这些钛合金构件在切削加工过程中存在切削力大、切削温度高等特点。绝热剪切是钛合金加工中高速变形过程中主要的失效形式之一,绝热剪切出现的同时还会伴随绝热剪切带,而绝热剪切带是大塑性变形导致的,会让材料的金相分布不均匀,进而让材料承载能力下降。在钛合金加工过程中的绝热剪切现象会导致加工表面质量降低,影响产品的疲劳寿命。所以对钛合金加工过程中绝热剪切的研究具有非常重要的理论价值和实际应用价值。本文以三种不同金相组织的钛合金材料(TA7:α钛合金、TB6:β钛合金、TC4:α+β钛合金)为研究对象,通过理论分析和实验观测,对不同切削速度下不同钛合金材料切削力和锯齿形切屑的形成机理进行研究,设计了一款可以自由换刀的三向测力刀架并用它对三种钛合金薄壁圆筒式样做正交切削实验,测量了三种钛合金不同切削速度正交切削的切削力,收集了不同切削速度下的切屑,制备了金相试样,在光学显微镜下观察并测量不同速度下的钛合金切屑的微观形态。主要研究内容包括:主要研究内容和创新工作如下:(1)设计开发了一套利用KISTLER传感器测量车削力的适配器,实验结果表明该适配器可以比较好的应用在车削力的测量;(2)研究了三种不同金相组织钛合金正交切削过程中切削力的变化规律和特点;(3)对三种不同金相组织钛合金切削过程中绝热剪切的形成过程中锯齿形切削的形成规律和塑性变形进行了研究,得到了锯齿形切屑形成过程中齿距等参数和锯齿化程度的变化规律。实验结果表明:切削速度小于50m/min时,切屑主要是带状切屑,切削力都随着速度的增加而增加,而当速度超过50m/min之后,锯齿形切屑开始形成,三种钛合金的切削力都有着不同幅度的下降。并且β相钛含量最高的TB6钛合金的切削力远大于另外两种合金。