鎳基高溫合金Inconel 718高效加工切削機理與試驗研究.pdf

1、高效加工是金屬切削的永恒目標，是機械加工技術(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度、強抗腐蝕能力、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)動機壓氣機盤、渦輪盤、整體葉輪、葉片等高溫高壓下長期工作的零件中廣泛應用。然而，這類材料切削加工性能極差，直接導致其加工效率低，加工成本高。究其原因，主要是對這類材料加工機理認識不清，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、較小切深和較低進給來降低不可預見的風險；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，進一步制約了鎳基高溫合金高效加工技術(shù)的應用。
　　基于上述加工現(xiàn)狀與技術(shù)難點，本文以高效加工鎳基高溫合金為研究目標，重點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)圓刀片切削力預測方法、陶瓷刀片溝槽磨損數(shù)值預測模型、插銑切削力精確預測模型以及銑削表面溫度計算方法等對應新模型，并通過切削實驗和加工過程物理量測試進行校驗和對比，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創(chuàng)新點如下：
　　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測模型。對比物理涂層硬質(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)切削試驗標定不同切厚下對應切削力系數(shù)，擬合切削力系數(shù)變化規(guī)律，結(jié)合經(jīng)典機械力學模型，實現(xiàn)對切削過程整個刀片切削力的準確預測。
　　分析刀具-工件接觸幾何，建立了陶瓷刀片溝槽磨損數(shù)值預測模型。陶瓷刀具以其優(yōu)異切削性能在高速切削領(lǐng)域應用越來越廣，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

5、為基礎(chǔ)，分析了陶瓷刀具高速加工Inconel718磨損機理，并根據(jù)實驗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測新方法。
　　在準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測模型。對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測模型。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、瞬時未變形動態(tài)切厚解析方程，完善了切削力預測模型，在此基礎(chǔ)上以切削力和加工穩(wěn)定性為約束條件，建立了滿足機床負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模型，據(jù)此構(gòu)造了銑削工件表面溫度計算方法。研究分析了側(cè)銑加工過程中刀具-工件接觸軌跡運動方式，將銑削刀具與工件接觸過程簡化為等腰梯形熱源模型，提出了基于梯形移動熱源分布的工件表面及亞表面切削溫度預測模型，基于所提出的模型和切削試驗分析了