TC4钛合金槽孔复合微结构阵列元件的精密加工工艺研究

作     者：张庆贺 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭兵

授予年度：2023年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：微磨削 精密加工 钛合金 槽孔结构 金刚石微磨具 形貌建模 

摘      要：TC4钛合金具有热传导率低、化学活性高、材料黏性大等加工缺点，容易造成加工区域温度高、刀具磨损严重、切屑粘接等现象，是一种典型的难加工材料。采用表面具有小而密磨粒的微磨具，以高转速、低进给的形式对钛合金进行微小量的磨削去除是一种新型高精加工方法。其中，化学气相沉积(CVD)金刚石微磨具是一种加工性能优良、耐磨损性好且方便做到直径1mm之内的新型微工具，非常适用于复杂微小结构表面的精密加工。所以本文将采用CVD金刚石微磨具进行钛合金微磨削工艺的探索，为微结构元件的加工提供工艺参考。本文具体研究内容如下： 首先，基于CVD金刚石微磨具表面形貌特征信息建立了微磨具表面形貌的数学模型。通过扫描电镜和白光干涉仪等表征方法对CVD金刚石微磨具表面进行了观察，统计了磨粒粒径、间距、高度以及偏转角度等信息，并生成了CVD金刚石微磨具表面形貌模型。分别从未变形切屑厚度和有效磨粒刃宽等参数评估了磨削加工参数与结构化参数对CVD金刚石微磨具磨削性能的影响规律，并开发了相应的微磨具表面形貌模型和磨削性能评估可视化界面。 接着，开展了TC4钛合金微磨削、沟槽微铣削和大深径比微径钻孔工艺实验，探究了加工参数如刀具转速、进给速度、切削深度等对加工质量及切削力的影响规律，为后续槽孔复合微结构阵列元件的加工提供一条高效、高精的技术路线。 最后，根据最佳加工参数组合对TC4钛合金槽孔复合微结构阵列元件进行了加工与检测。依据所加工样件特征制定了加工工艺方案，对加工路径进行了规划并求取了加工特征点的几何坐标，分析了对刀方案，并对实验装置进行了定位误差测量与补偿。对各项加工指标进行了检测，实现了槽孔几何精度一致性较好的加工结果。