代寶林整體cbn刀具切削鈦合金機理研究

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1、第1章緒論1.1課題背景機械制造業(yè)是一個國家綜合實力的重要標志，同時也是社會發(fā)展和國防建設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，當今世界制造業(yè)逐步向著高效能、高精度和綠色化發(fā)展，但影響著機械制造業(yè)發(fā)展的主要因素還是效率問題，因此高效切削加工技術(shù)將成為未來機械制造業(yè)的發(fā)展主流[1]。高效率切削加工技術(shù)主要包括高速切削、大切深、大進給、干（準干）切削和復合切削等，當然提高加工效率提高切削速度是必不可少的。目前，鋼鐵和鋁合金等材料已經(jīng)廣泛使用了高效切削加工技術(shù)，如表1.1所示。表1.1高效切削加工技術(shù)的應用[2]材料切削速度m/min鋁合金2000-5000（

2、最高7500）鑄鐵800-1500（最高2200）鋼350-700高速切削加工具有可以提高生產(chǎn)效率、表面質(zhì)量和改善加工精度等優(yōu)點[3]，同時還可以降低加工生產(chǎn)的成本，有時還可以省略后續(xù)加工工序，因此高速切削已經(jīng)在航空航天、模具和汽車等行業(yè)得到廣泛應用。高速切削加工的特點主要包括：進給量隨著切削速度的增加而相應的提高，這樣做的效果是，材料在單位時間內(nèi)的切除效率增加了。加工時由于切屑會快速的被排出而帶走大量的切削熱，使得切削熱來不急傳到工件，有助于提高工件的加工精度。切削力將隨著切削速度的提高而降低，切削力降低的同時可以減小加工工件時所產(chǎn)生的振動。

3、然而，高速切削加工技術(shù)在加工一些材料的時候還是有很多問題需要解決的，例如：難加工材料鈦合金，應用高速切削加工技術(shù)來加工鈦合金時主要存在的問題就是切削溫度和刀具磨損，表面完整性的研究和切削機理的研究等，都需要進一步的發(fā)展和完善，使得高速切削技術(shù)能夠的到進一步的發(fā)揮。從20世紀中期以來，隨著化工、造船、冶金、醫(yī)療和航天航空技術(shù)發(fā)展的迫切需要，鈦合金由于其具有比強度高、耐熱性好和良好的耐腐蝕性等優(yōu)點而被廣泛應用[4]，鈦工業(yè)的到了迅猛的發(fā)展。對鈦合金需求量增加同時也對加工鈦合金的效率有了更高的要求，而鈦合金由于其硬度大、強度高、摩擦系數(shù)大、彈性模量低

4、和高溫下化學活性高等特點使鈦合金成為了難加工材料之一。現(xiàn)階段鈦合金的加工方面，在國內(nèi)由于受到刀具性能的影響和缺乏加工鈦合金的基礎(chǔ)理論支持，車削鈦合金的切深速度在40-70m/min，銑削30-50m/min，在國外加工鈦合金的速度可以達到100-200m/min。因此雖然鈦合金在航天航天工業(yè)以及其它工業(yè)都有廣泛的應用前景，但仍然受到了加工效率的制約[3]。1.2鈦合金簡介1.2.1鈦合金的分類及應用鈦屬于同素異構(gòu)體，根據(jù)鈦在不同溫度下的結(jié)構(gòu)不同可以把鈦分為α、β和α+β鈦。通過添加一些適當?shù)暮辖鹪?，在結(jié)合一下鈦合金的結(jié)構(gòu)特點，讓其相變溫度和相

5、分含量得到改變，這樣就可以得到不同組織的鈦合金。⑴α相鈦合金α相鈦合金是由α相固溶體組成的單相合金，主要向α加入穩(wěn)定元素，例如Al、Ca和Ge等和O、C穩(wěn)定的間隙性元素。α鈦合金的優(yōu)點是組織穩(wěn)定、抗氧化性好、焊接性能好、耐腐蝕性和切削加工性好，但α鈦合金的缺點也是很明顯的，塑性低沖壓性能差。α鈦合金的牌號用TA表示，最常見的是TA7，一般可用作飛機蒙皮、骨架零件和葉片等[5,6]。⑵β相鈦合金和α相鈦合金相似，是由β相固溶體組成的單相合金，加入β的穩(wěn)定元素V、Mo和Nb等。β型鈦合金具有較高的強度，缺點是熱穩(wěn)定差，一般不適合在高溫下使用。β型鈦

6、合金的牌號用TB表示，主要應用于壓氣機葉片、軸類和飛機構(gòu)件等。⑶α+β相鈦合金α+β型鈦合金是一種雙相合金，包含了α和β兩項的穩(wěn)定元素。因此α+β型鈦合金的綜合性能非常的好，組織穩(wěn)定、韌性和塑性好，高溫下強度高，還具有低溫韌性良好和良好的抗腐蝕能力。α+β型鈦合金被廣泛應用于航空航天、造船、化工和醫(yī)療等工業(yè)上，可以用來制造飛機發(fā)動機、飛機結(jié)構(gòu)件、起落支架和導彈發(fā)動機外殼等。α+β型鈦合金的牌號用TC表示，常見的有TC1、TC4等。鈦合金在航空航天方面的應用主要是在渦輪盤、葉片一級噴氣發(fā)動機，同時也被用來制造成轉(zhuǎn)向梁、機身后段，并代替鋁用于制造飛

7、機的蒙皮。如表1.2所示為國外的以往和當前戰(zhàn)斗機中使用的材料對比，從表中可以看出鈦合金在近些年的使用量在逐步增加，而鋁的使用量在減少，美國擁有“全鈦飛機”高空偵察機SR-71中鈦合金的使用量達到了重質(zhì)量的93%。這主要是是由于鈦合金的優(yōu)良性能。當然鈦合金的應用不止于航空航天上，在其它軍事方面、航海和精密機械方面也很受歡迎。例如：導彈殼體、火箭殼體和裝甲車上的防護裝甲等，航海中可用于泵、閥門以及推進器等需要在腐蝕環(huán)境中進行工作的零件。表1.2美國戰(zhàn)斗機中材料質(zhì)量分數(shù)/%[7]所用材料CY-27F-14F-15F-117F22鋁合金60393620

8、11鈦合金1724272541鋼1017655復合材料-1210251.2.2鈦合金的特性與加工性工件材料的加工性是指，加工該材料時是否容易加工，加工