《鈦合金固結磨粒旋轉超聲加中工具磨損的定量研究》是依託西南交通大學，由秦娜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鈦合金固結磨粒旋轉超聲加中工具磨損的定量研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：秦娜
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鈦合金被譽為是一種使人類走向太空時代的戰略性金屬材料，但由於其難加工特性，導致工具磨損嚴重，壽命短，加工效率低且成本高。固結磨粒旋轉超聲加工技術在改善工具壽命和提高加工質量上表現出的優越性，使其成為適合鈦合金零件加工的新方法，但目前對鈦合金固結磨粒旋轉超聲加工的工具磨損還僅限於定性研究。本項目擬基於熱力學建立材料本構方程，結合鈦合金正交磨削試驗獲得熱力耦合本構模型，並藉助仿真技術預測工藝參數對溫度場變化的影響；通過SEM和能譜分析儀等儀器觀測固結金剛石磨粒的主要磨損形態（如擴散磨損、磨粒磨損和粘著磨損），分別對不同磨損形態和不同溫度場下的工具磨損進行熱力學計算和分析，實現對金剛石工具磨損的定量研究；根據磨損機理的研究結果，結合工具機工藝參數可選範圍，分別對金剛石工具各主要參數進行最佳化設計，並製備金剛石工具進行驗證，以期完善和發展鈦合金加工的新技術，推動鈦合金材料和超聲技術在工程實際中的套用。
結題摘要
鈦合金以其優異的綜合力學性能、低密度以及良好的耐熱性和耐腐蝕性，被譽為是一種使人類走向太空時代的戰略性金屬材料。旋轉超聲加工技術在降低切削力和切削溫度，改善斷屑排屑效果及提高工具壽命和工件表面質量上表現出極好的優越性，使其成為適合鈦合金零件加工的新方法。然而，鈦合金磨削加工中有兩個主要問題亟須解決，問題之一是工具的製造技術；問題之二是加工策略，如進給速度、轉速、超聲振動幅度和頻率等的合理有效選擇。本項目針對這兩大方面分別進行了探索，研究了加工參數對加工性能和工具磨損的影響。本項目取得的主要進展包括：1）從工具-工件接觸率角度對旋轉超聲加工磨削制孔機理進行了研究，從接觸率角度對加工機理有了更進一步的了解，為全面理解超聲加工機理提供了一個全新的角度；2）通過試驗方法建立與切削機理密切相關的切削力預測模型，並驗證了所建立預測模型的精確度，為鈦合金旋超聲加工的參數選擇提供了一個精確的預測方法；3）從超聲振動過程中刀具切削速度和位移變化角度，擴展研究了鈦合金旋轉超聲車削的加工機理，基於切削力和切削溫度對工具磨損的影響較大的現象，分別對切削力和切削溫度的變化進行了機理分析，為鈦合金旋轉超聲車削的機理研究提供了一種新穎的角度，並同時為車削加工中工具的磨損研究提供了一個新的方向；4) 建立了多顆磨粒隨機形狀和隨機分布方式下的固結磨粒金剛石工具模型，首次實現了多顆磨粒隨機狀態下的旋轉超聲加工仿真模型，用於指導實際加工生產；5）試驗觀測了工具磨損包括金剛石磨損和工具基體磨損。6)採用量綱分析法和Buckingham定理針對鈦合金旋轉超聲加工的金剛石工具磨損進行了理論研究，結合試驗和理論實現了對工具磨損的定量計算; 7）設計了一套耐磨損的鈦合金固結磨粒超聲加工的工具並製造出部分工具用於實際加工研究。本項目的完成為指導鈦合金的旋轉超聲加工的工藝參數選擇提供了策略，並為工具設計參數的選擇提供了理論基礎和關鍵技術支持。
