鈦合金TC17力學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)最主要的消費材料。然而，由于具有導熱系數(shù)低、高溫化學活性高和彈性模量小特點，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，導致刀具磨損加快、表面質(zhì)量難以控制，而低的切削速度導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構件設計特點，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)力學性能特征研究，結合切削實驗，對鈦合金TC17的切屑形貌特征、切削力、切削溫度、刀具壽命及磨損機理和表面粗糙度等切削加工特性問題及其影響規(guī)律進行系統(tǒng)研究，為生產(chǎn)實際中高效、高速切削加工提供理論與技術支持。
　　材料在快速變化載荷作用下的動態(tài)響應，對于分析材料的切削機理具有很重要的作用。論文通過準靜態(tài)壓縮實驗及分離式霍普金森壓桿實驗，獲得應變率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，流動應力減小。溫度在700℃以上，準靜態(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驗表明，TC17材料的屈服強度和流動應力隨著應變率增大而增大，TC17材料的動態(tài)響應是應變強化、應變率強化和溫度軟化三種效應的耦合作用。同時擬合回歸得到TC17合金材料在比較寬的溫度和應變率范圍內(nèi)的本構方程。<

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失穩(wěn)條件，建立材料流變參數(shù)ψ與切削速度vc，進給量f間的關系，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，結果表明:隨著切削速度和進給量的增大，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關系的切削力理論預測模型，通過三因素三水平的正交回歸實驗極差分析，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，其次是進給量f,而切削深度影響較弱。建立了刀具壽命經(jīng)驗模型，分析了刀具壽命與切削效率間的關系，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理進行分析。研究表明鈦合金TC17切削加工刀具磨損和失效的主要機理是粘結磨損，同時伴隨有磨粒磨損、氧化磨損、擴散磨損。
　　通過正交回歸實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)驗模型，進行表面粗糙度對各