《液氮低溫切削鈦合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr刀具失效界限和加工特性研究》是依託哈爾濱理工大學，由劉二亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：液氮低溫切削鈦合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr刀具失效界限和加工特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉二亮
- 依託單位：哈爾濱理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
航空用鈦合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（Ti-5553）是近β相亞穩態高強度、高韌性和高硬度鈦合金，切削加工性極差。同時，在液氮低溫切削時陡峭的工件表面溫度梯度，會加劇加工表面缺陷的形核與破壞，降低已加工表面質量。針對上述技術難題，本項目進行低溫切削Ti-5553時液氮滲入切削區毛細管潤滑和液-汽相變冷卻行為研究，建立切屑-刀具-工件間的摩擦模型；基於化學匹配性和摩擦模型，進行刀具磨損演變機制研究，建立低溫切削刀具失效界限；分析切屑形態、液-汽相變和刀具磨損演變對動態切削力影響規律，構建切削穩定性預報模型，提出低溫切削過程穩定性評價標準；進行表層微觀結構演變機制和表面缺陷映射關係的研究，建立基於切削穩定性評價的低溫切削條件-表層微觀結構-表面缺陷關係描述模型，為最佳化液氮低溫切削工藝條件，實現Ti-5553的低溫高效切削提供系統的理論支持。
結題摘要
航空用鈦合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（Ti-5553）是近β相亞穩態高強度、高韌性和高硬度鈦合金，切削加工性極差。針對上述技術難題，本項目進行液氮低溫切削Ti-5553刀具失效界限和加工特性研究，其主要成果包括： （1）基於毛細管理論研究液氮滲入切削區毛細管行為，建立液氮滲入毛細管動力學模型和切屑-刀具-工件間液氮邊界潤滑層模型；通過實驗與建模相結合的方法確定對流傳熱係數，分析液氮的微尺度液-氣相變對切屑-刀具間切削溫度的影響；建立Ti-5553的Johnson-Cook（J-C）本構模型和切屑-刀具-工件間的摩擦模型，實現液氮低溫切削Ti-5553有限元數值仿真，揭示液氮低溫冷卻潤滑狀態下切屑-刀具-工件間的摩擦特性； （2）進行高溫氧化試驗和元素擴散實驗，研究刀具材料（硬質合金、塗層硬質合金、陶瓷、PCBN）與鈦合金Ti-5553的化學匹配性；基於化學匹配性進行液氮低溫刀具磨損切削實驗，檢測刀具磨損形貌，分析刀具磨損機理，建立基於熱-力載荷效應的液氮低溫切削Ti-5553刀具失效界限； （3）研究低溫切削時切屑的形態變化，分析其對切削力動態特性的影響規律，考慮刀具磨損對瞬時切削力的影響作用，建立動態切削力模型；基於功率譜均方根法建立切削穩定性預報模型；基於熱-力載荷刀具失效界限進行實驗測試，建立液氮低溫切削Ti-5553切削過程穩定性邊界條件； （4）基於低溫切削穩定性進行工件已加工表層微觀結構的演變機制研究，進行表面缺陷檢測與分析，揭示表層微觀結構演變對表面缺陷產生的影響規律，獲得表面缺陷與表層微觀結構之間的映射關係；研究低溫切削條件與表面缺陷映射規律，建立鈦合金 Ti-5553 基於切削穩定性評價的低溫切削條件-表層微觀結構-表面缺陷關係描述模型。 上述成果為Ti5553等航空航天用典型難加工材料的高效綠色切削加工工藝、飛機典型零部件的高疲勞壽命加工工藝提供理論與試驗依據。
