基于微量润滑技术的涂层刀具高速切削钛合金性能研究
目录
摘要 ................................................................................................................................................................. I ABSTRACT ................................................................................................................................................... III 第一章绪论.. (1)
1.1课题研究背景 (1)
1.2钛合金特性、应用及加工特性 (2)
1.2.1 钛合金的基本性能 (2)
1.2.2 钛合金的应用现状 (4)
1.2.3 钛合金的加工特点 (5)
1.3钛合金高速切削研究现状 (6)
1.3.1 钛合金切削刀具材料及磨损研究现状 (7)
1.3.2 微量润滑技术切削钛合金研究现状 (10)
1.3.3 钛合金切屑形成研究现状 (12)
1.4本课题的主要研究内容 (13)
第二章刀具切削性能研究的实验系统 (14)
2.1工件材料 (14)
2.2加工系统 (15)
2.3测力系统 (15)
2.4微量润滑喷雾装置 (16)
2.5离线检测系统 (17)
2.5.1 刀具磨损测量分析系统 (17)
2.5.2 表面粗糙度测量系统 (19)
2.6本章小结 (19)
第三章纳米涂层硬质合金刀具车削钛合金实验研究 (20)
3.1引言 (20)
3.2实验刀具 (21)
3.3切削力实验研究 (21)
3.3.1 实验方案 (21)
3.3.2 切削力方差分析 (23)
3.3.3 切削力多元回归 (26)
3.4表面粗糙度实验研究 (27)
3.4.1 表面粗糙度方差分析 (28)
3.4.2 表面粗糙度回归分析 (29)
3.5切削参数优化 (30)
3.6切屑形态及机理分析 (33)
3.6.1 钛合金切屑形态分析 (33)
3.6.2 锯齿状切屑形成机理 (35)
3.7本章小结 (36)
第四章基于微量润滑技术的TC4车削刀具磨损机理 (38)
4.1引言 (38)
4.2刀具磨损形态及原因 (38)
4.3钛合金切削刀具寿命及磨损机理研究 (41)
4.3.1 刀具磨损实验 (41)
4.3.2 实验结果分析 (43)
4.3.3 刀具磨损形貌分析 (47)
4.3.4 刀具磨损机理分析 (51)
4.4本章小结 (53)
第五章结论及展望 (55)
5.1结论 (55)
5.2研究展望 (56)
参考文献 (57)
致谢 (62)
攻读学位期间发表的学术论文及专利目录 (63)
第一章绪论
1.1课题研究背景
钛合金由于其优良的物理、力学性能在航空航天及其它领域应用越来越广泛，但由于其可加工性较差，加工效率低，制造成本高，是典型的难加工材料，日益广泛的应用与加工性能差的矛盾越来越突出，迫切需要解决这一技术难题。现代加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色化的方向发展，而在由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。因此刀具在机械加工中起到了越来越重要的作用。刀具的材料和刀具结构将对切削性能产生极大的影响。
涂层技术是改进刀具力学性能，实现钛合金高速切削的关键技术之一。硬质合金刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术，有效地解决了刀具材料的硬度、耐磨性与强度、韧性之间的矛盾，可以使刀具获得优良的综合机械性能，更有效地提高刀具寿命，大幅度提高机械加工效率，是国内外公认的实现高速切削、干切削技术的理想刀具材料[1]。
在金属切削加工过程中，通常都要使用切削液。切削液在切削加工中主要起冷却、润滑、排屑和防锈的作用，有助于提高刀具耐用度，减少工件热变形，保证工件已加工表面质量等。但切削液在制造、使用、处理和排放的各个时期均会对环境造成严重污染，而在加工过程完成以后，清除零件表面切削液附着物时还会产生所谓的“二次效应”污染[2]。不仅导致生产成本大大增加，还给环境和人体健康带来了巨大的潜在危害。
高速切削过程中，由于机床主轴高速回转会在刀具周围产生离心高速、高压气流，依靠常规加大切削液流量、降低切削温升的办法已不能达到理想的效果。采用有效的冷却润滑条件，可以有效降低切削温度，改善切削摩擦状态，抑制刀具磨损，成为进一步提高加工效率的主要技术途径。与此同时，在金属切削加工领域涌现出了多种用于替代传统湿式冷却润滑加工方法的环境友好的新型绿色切削加工技术，如干式、液氮冷却、喷雾冷却、风冷和微量润滑切削等[3]。
目前，人们越来越认识到微量润滑技术在干加工中的重要作用。对于长切屑的工件材料进行纯粹的干切削还不能获得所要求的工件质量和刀具寿命。如在干切削铝件时，由于切削刀具与铝件切屑间易产生粘结，在刀刃上形成积屑瘤。然而当给切削刀刃喷射