钛合金切削的刀具磨损及仿真研究

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雅宝题库解析：
    钛合金是典型的难加工材料，刀具磨损严重是钛合金切削加工中急需解决的题目之一。本文针对典型钛合金TC4（固溶时效），围绕刀具磨损这一题目展开研究，具体内容如下：    首先针对含Ti硬质合金刀具是否适合用来加工钛合金这一有关刀具材料选择的学术冲突题目展开研究。采用典型YG、YT类硬质合金刀具YG8、YT14对钛合金进行了刀具磨损实验，实验结果显示在某一切削速度范围内，刀具YT14抵抗磨损的能力要优于YG8。刀具磨损机理的研究结果表明，一定的抗扩散磨损能力是导致YT14刀具在某一切削速度范围内反而比YG8拥有较高切削性能的主要原因。研究结果初步揭示了钛合金加工在理论研究和生产实践之间存在差异的原因，同时表明含钛刀具不适合加工钛合金的传统理论有一定的局限性，需予以补充、修正。    通过对大量磨损曲线进行统计分析，得到了刀具磨损过程中初期磨损与正常磨损之间关系的统计规律，研究表明刀具的初期磨损速度与正常磨损速度在某种程度上存在相关性。在此基础上，进一步提出了基于刀具初期磨损行为的刀具材料快速选择方法，并运用该方法快速筛选出了适合于半精车削钛合金的硬质合金刀具材料。该方法可以在系统的切削参数优化实验之前，快速筛选合适的刀具材料，既可用于实验研究也可用于生产中刀具材料的初步筛选。    采用优选的刀具材料进行正交切削实验，通过正交切削实验测得主切削力与进给力，根据所测切削力计算得到不同切削条件下的刀—屑库伦摩擦系数，最后拟合得到了摩擦系数模型，模型中包含切削速度与进给量两个自变量。    通过切削实验与优化相结合的方法建立了工件流动应力模型，流动应力模型采用Johnson–Cook (JC)模型。首先通过切削实验法建立工件的初始流动应力模型；然后将初始流动应力模型及摩擦系数模型代入有限元软件进行仿真计算，并将切削力的仿真预报值与实验测量值进行对比，通过不断修正优化流动应力模型参数来获得满意的预报精度，最终建立优化的JC流动应力模型，优化方法采用全局优化的下山单纯形法。    采用切削实验和仿真相结合的方法建立了Usui磨损模型。通过刀具磨损实验获得刀具后刀面磨损速度，通过切削仿真获得磨损模型中的温度、正压力等自变量，最后通过非线性拟合建立了Usui磨损模型。    针对目前磨损模型存在的不足之处，参考经典磨损模型的建立推导过程，提出了一种自定义的磨损模型，该模型考虑了工件—刀具硬度比对磨料磨损及粘结磨损的影响，高温硬度的描述通过对流动应力模型加以修正来实现。研究表明该模型可在一定程度上预报刀具磨损机理。    最后，本文结合切削实验与切削仿真对钛合金的切削机理进行了研究，研究内容涉及切削力、刀具磨损、刀具磨损机理，此外考虑到钛合金加工中普遍存在工件粘结层，且工件粘结层对钛合金的切削有重要影响，本文结合刀具剖面的电镜分析与切削仿真对工件粘结层进行了研究。