高速切削钛合金TC4的刀具磨损及演化机制研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:gj12345678
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随着德国“工业4.0”、美国“工业互联网”等新概念的相继提出,我国提出了《中国制造2025》新思想紧追制造业的发展步伐,三者本质内容都是“互联网+制造”,即智能制造。高速、高效切削作为《中国制造2025》的高新技术,与传统切削加工相比,具有加工效率更高、加工表面质量更优等显著优点。在航空航天、国防军事等领域得到广泛运用。然而,随着我国航空航天领域的不断发展,对所选材料的综合性能要求更为严格。被誉为“太空金属”的钛合金TC4材料,具有耐腐蚀性好、耐热性好、比强度高等突出特点,在航空航天领域中有卓越的应用前景,但也因为该材料具有导热系数小、高温化学性大和弹性模量低等特性,使之成为典型的难加工材料。因此,本文借助人工神经网络技术、基于线性回归分析求解技术、能谱分析等现代科学技术,对高速切削钛合金TC4刀具磨损进行深入研究,为现代加工企业提供可行性理论参考。  首先借助人工神经网络技术,构建四输入两输出三层网络结构,运用四因素四水平正交设计试验法对钛合金TC4棒料进行中高速干切削实验,以期实现不同切削参数下切削力和刀具磨损量的实验值与预测值的对比,同时检验BP神经网络的可行性。经过16组正交实验及神经网络训练预测论证,切削力最大误差为9.98%,磨损量最大误差为5.83%。  切削钛合金TC4刀具磨损有很多专家学者研究,但是高速切削钛合金TC4却寥寥无几。本文依据国外学者提供切削钛合金的高速范围,选用110m/min为切削速度进行试验安排,该切削速度已经属于TC4高速切削的范畴;同时通过控制切削长度单因素变量,经过大量切削试验并获取有效的实验数据,研究分析得出了高速切削钛合金TC4刀具磨损曲线:在高速切削的条件下,初期磨损阶段瞬间度过,当切削长度达600mm以后,刀具磨损进入急剧磨损阶段。  在刀具磨损曲线研究试验的基础上,结合前学者研究高速切削钛合金的成果,本文借助扫描电镜及EDS能谱分析仪对刀具磨损区域SEM形貌观察和化学成分元素的检测,综合钛合金材料的亲和力大,可得结论:切削速度为110m/min的条件下,高速切削钛合金TC4的磨损机理仍然以粘结磨损为主,伴随着氧化磨损并且没有扩散磨损。
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