CBN磨头加工钴基高温合金薄壁件的工艺实验研究

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钴基高温合金材料是近年来国家大力发展的航空发动机制造领域的重要材料,它具有十分优良的机械性能。但是它也是一种典型的难加工材料的,其加工质量差、效率低,严重阻碍了我国航空发动机制造业的快速发展。因此,国内很多高校研究所都在研究如何提高钴基高温合金材料的加工效率和加工质量。由于钴基高温合金常用作薄壁件,这种薄壁件加工过程中刚性较低,加工工艺性差,很容易受到磨削力、磨削热和磨削颤振的影响而发生磨削表面恶化。所以磨削力、磨削温度、磨削颤振、磨削表面质量是磨削过程中最为重要的四个方面,我们面向这四方面进行理论推导、有限元仿真、实验验证,研究各个磨削加工参数对磨削中上述四个方面的影响规律,并在此规律的基础上采用遗传算法优化了最优加工参数。本文对开槽磨头磨削钴基高温合金薄壁件的研究可以提高钴基高温合金薄壁件的加工效率,并有助于加工质量的最优加工参数。本文的主要研究内容如下:(1)通过对比普通磨头与开槽磨头的磨削机理的不同,在普通磨削磨削力模型的基础上建立开槽磨头磨削力模型,并用实验验证该模型。还根据理论和实验探讨了不同磨削加工参数的变化对磨削力的影响规律。(2)在磨削区三角形热源分布模型等理论上,分别建立连续磨削和断续磨削的理论磨削力模型。并结合有限元仿真、实验验证等手段相互对比,研究不同磨头和磨削加工参数变化对磨削温度场的影响。(3)分析了磨削颤振的影响因素,建立了磨削钴基高温合金合金薄壁件动力学模型,对薄壁件以及磨头进行模态实验,并利用磨削颤振稳定性模型绘制了磨削颤振稳定性叶瓣图,分析了不同磨削宽度对稳定磨削加工参数区间的影响。(4)分别采用实验方法从表面金相组织、显微硬度、加工表面形貌、表面粗糙度四个方面对加工后的钴基高温合金薄壁件表面质量进行分析。并研究各个磨削加工参数的变化对表面质量各个方面的影响。(5)建立开槽磨头磨削表面粗糙度的理论模型,结合实验数据研究了磨削加工参数对其影响规律。基于遗传算法优化了加工参数,最后在保证一定表面粗糙度基础上,显著提高了材料去除率。
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