论文部分内容阅读
随着Ti-6Al-4V广泛应用于航空、医疗等领域,Ti-6Al-4V加工技术的研究与日俱增。Ti-6Al-4V的低热传导系数,较小的弹性模量以及高温下较强的化学活性导致Ti-6Al-4V切削加工过程中大量的切削热聚集在切削区域,对加工表面完整性产生不利影响,严重损害加工工件尺寸精度与服役寿命,使其成为一种典型的难加工材料。因此,为解决Ti-6Al-4V切削过程中的切削热量多、热耗散难等问题,提出了高压冷却加工技术。本文建立了高压冷却下切削液的渗透模型,阐述了切削液在高压下的润滑机理与冷却机理,描述了高压冷却技术对Ti-6Al-4V切削过程切削力和切削温度的影响规律,分析了高压冷却技术对Ti-6Al-4V加工表面完整性的影响机理。首先,分析切削液的供给方式,结合毛细管渗透原理,建立切削液的渗透模型,推导切削液渗透速度与渗透压强的计算公式并绘制其变化曲线,分析刀具-切屑与刀具-工件接触面之间切削液的渗透机理,随着切削液压强的增大,切削液的渗透能力增强;研究切削液对切削过程的润滑机理与冷却机理,通过传热学、流体力学等知识建立切削过程中切削液的润滑模型与冷却模型,推导高压冷却下切削液强制对流换热系数的计算公式。当切削液压强增加时,切削液的冷却作用与润滑作用提高。双出液孔出液且切削液压强为200 bar时,切削液的对流换热系数是传统浇注式冷却下的3.7倍。其次,通过Ti-6Al-4V正交车削试验测量其切削过程中的切削力与切削温度,分析干切削、浇注式冷却以及高压冷却下切削力及切削温度的变化规律,对比切削液喷射位置对切削力与切削温度的影响机理。当前刀面出液与双出液孔出液时,切削力随切削液压强的增加而减小,当后刀面出液时,切削力随切削液压强的增大出现了上升趋势。相比干切削环境,湿切下的切削温度降低。推导计算切削区域的平均摩擦系数,绘制不同切削环境及喷嘴位置下摩擦系数柱状图,分析切削环境与喷嘴位置对切削液润滑性能的影响规律,前刀面出液时切削液的润滑作用最大。最后,观察分析Ti-6Al-4V已加工表面完整性,包括表面形貌、塑性变形、显微硬度以及残余应力。湿切环境下,Ti-6Al-4V已加工表面完整性得到提高,表面粗糙度降低,晶粒塑性变形层影响深度减小,表面层硬化程度降低,残余压应力增大。随着切削液压强的增加,Ti-6Al-4V已加工表面完整性进一步提高。前刀面出液时切削液对Ti-6Al-4V已加工表面完整性的改善最小,后刀面出液次之,双出液孔出液时切削液对Ti-6Al-4V已加工表面完整性的改善最大。