论文部分内容阅读
钛合金在航空航天等重要行业有着突出的应用及持续增长的市场需求,但钛合金的加工一直是一个挑战,在切削加工过程中,刀具—切屑间的剧烈摩擦及随之形成的剧烈热力耦合作用,严重影响到工件的切削加工性和已加工表面质量。本文从减小摩擦的角度,制备出表面微织构刀具,并在润滑条件下使用微织构刀具车削钛合金工件,对微织构刀具的切削性能和已加工工件的表面完整性进行研究。主要研究工作包括:首先,使用纳秒激光加工技术制备了三种微织构刀具:微槽形织构刀具(MCT)、微孔形织构刀具(MHT)、网格形织构刀具(MGT),织构加工于刀具前刀面上;通过测试不同液体在织构刀具和无织构刀具(NT表面的接触角,发现切削液和切削油在各刀具表面的接触角均小于90°,而纯净水在MGT表面的均值接触角大于90°;通过进行摩擦磨损试验,研究了所制备织构刀具的摩擦磨损性能,结果发现,相比干摩擦的工况,油润滑条件下各刀具表面的摩擦系数均明显降低,织构间距为200μm时,MCT、MHT、NT的摩擦系数值都趋近于0.2,MGT的摩擦系数约为0.4;分析了在润滑条件下微织构刀具表面的润滑机制。在润滑和干切削条件下进行微织构刀具车削TC11的切削性能试验,测量切削力并观察前刀面磨损形貌。结果表明,在两种工况下,微织构刀具相比无织构刀具可减小切削力,其中,MCT的切削力最小,施加润滑后,MCT、MHT、MGT和NT的切削力的降低幅度分别达到7%、6%、6%和2%,当织构间距为300μm或200μm时,织构刀具的切削力较小;粘结磨损是切削钛合金时刀具主要的磨损形式,相比干切削条件,润滑条件下刀具磨损显著减小,而织构刀具相比无织构刀具的刀具磨损较小。研究了在微量润滑(MQL)条件下微织构刀具车削TC11后已加工工件的表面完整性(表面粗糙度、显微硬度、表面残余应力)。结果表明,微量润滑条件下织构刀具加工的工件表面粗糙度值相对于干切削均有所降低,其中MCT、MHT、MGT加工的工件表面粗糙度值分别降低约17.6%、29.2%、33.7%,而NT加工的增加约12.8%;相比干切削条件,MQL条件下加工工件的表面硬化程度减小,硬化层更浅,约38μm,其中,MCT加工工件的表面硬度值最小,对于MCT或MGT,随着织构间距的减小,加工硬化总体呈现先减弱后增强的趋势;在干切削和润滑条件下,各刀具加工TC11工件的表面残余应力均表现为压应力形式,其径向残余压应力值均大于轴向残余压应力值,各刀具按加工表面残余压应力从小到大排序:MCT<MHT<NT<MGT,与干切削相比,施加MQL润滑后,MCT、MHT、MGT和NT加工工件的残余压应力的增幅比分别达到50.9%、61.9%、33.1%、29.6%。