Sialon陶瓷立铣刀加工镍基高温合金的仿真与试验研究

作     者：王鹤鑫 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋铁军

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 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：Sialon陶瓷 立铣刀 切削力 切削温度 镍基高温合金 

摘      要：Sialon陶瓷材质刀具是目前先进制造技术最重要的刀具之一,有着耐磨性能强、耐热性能良好、化学性质稳定的优点,被广泛地应用于加工各种难加工材料。Sialon陶瓷的卓越性能与其本身的材料和制作工艺密切相关,也因为其独特的材料和制作工艺使得Sialon陶瓷刀具具有远超普通陶瓷刀具的抗机械冲击性能、抗热冲性能和耐高温性能。镍基高温合金有着耐热、耐腐蚀、耐延展、抗蠕变、抗疲劳等优良特性。但镍基高温合金本身的优良性能使得其在实现高精密加工的条件也越发严苛,其对加工技术的要求十分严苛。本文选取Sialon陶瓷立铣刀为主要研究对象,研究了Sialon陶瓷立铣刀加工镍基高温合金的加工特性,主要工作如下:(1)研究了Sialon陶瓷立铣刀、金属陶瓷立铣刀和硬质合金立铣刀的切削力,获得了不同切削参数条件下的切削力变化规律。采用测力仪Kistler 9527B测得Sialon陶瓷立铣刀、金属陶瓷立铣刀、硬质合金立铣刀的切削力,结果表明,随着背吃刀量变化,Sialon陶瓷立铣刀切削力变化最小。测量了不同刀具铣削工件表面粗糙度大小,获得了不同切削参数条件下的表面粗糙度变化规律。同时,对比分析了不同材质立铣刀铣削工件毛刺和切屑形态。(2)研究了Sialon陶瓷立铣刀、金属陶瓷立铣刀和硬质合金立铣刀的切削温度,获得了不同切削参数条件下的切削温度变化规律。使用人工热电偶法测量了三种材料立铣刀的切削温度,结果表明:随着背吃刀量的增加,切削温度随着增加;在切削三要素切削速度、背吃刀量和进给速度相同的条件下,Sialon陶瓷刀具的瞬时切削温度最低。(3)仿真分析了Sialon陶瓷立铣刀切削加工性。基于Sialon立铣刀磨削加工原理,分析了立铣刀螺旋槽、周刃、端刃和Gash面的磨削原理,建立了立铣刀的三维模型。利用Third Wave Advant Edge切削仿真软件进行了铣削镍基高温合金的有限元仿真。获得了不同切削参数对切削刃应力、切削力、切削温度和切屑形态的影响。对比仿真和试验结果,揭示了三种材质立铣刀切削刃磨损原因。研究结果表明,Sialon陶瓷刀具切削刃破损的位置不仅和剪切应力集中的位置高度重合,也与温度场云图中最大产热速率区域高度重合。Sialon陶瓷立铣刀在剪切应力、热冲击和切屑与刀具的高频摩擦的共同作用下,使刀具的磨损形态由正常磨损、崩刃转化为沟槽磨损。