Inconel 718超声振动辅助车削有限元仿真与实验研究

【摘要】：镍基高温合金Inconel 718因其在较广的温度范围内(从-250℃到700℃)具有抗疲劳强度高、耐腐蚀性好及抗蠕变能力强等优点,被广泛应用于航空航天、国防及核工业等领域。但由于镍基合金具有硬度高、加工硬化严重等特性导致镍基高温合金在切削过程中切削力大且波动严重、切削温度高,进而导致刀具磨损剧烈、加工效率低及工件表面质量难以保证等问题。为了解决镍基合金传统切削加工中的难题,超声振动辅助加工技术被引入到镍基合金切削加工过程中。本文采用理论分析、有限元建模和实验研究相结合的方法,研究Inconel 718超声椭圆振动车削过程中振幅及切削参数对切削力、表面质量及刀具寿命的影响规律。采用AdvantEdge软件建立了Inconel 718超声椭圆振动车削有限元仿真模型,并对比实验数据验证了有限元仿真模型的正确性。基于田口法,结合有限元法和部分析因法设计实验,研究了Inconel 718超声椭圆振动辅助车削过程中五个因子(切削深度、进给量、振动频率、振幅和切削速度)对主切削力的影响规律。根据各水平各因子的信噪比分布,获得这五个因子有利于降低主切削力的最优参数组合。最后,通过对比仿真值与田口预测值,验证了田口法运用信噪比优化参数的有效性。结合理论分析与实验研究,推导了Inconel 718基面超声椭圆振动车削工件的残余高度计算公式,并进行实验验证。研究了Inconel 718基面超声椭圆振动车削超声波功率对振幅及切削力的影响规律,通过电子显微镜及激光显微镜扫描拍照,分析不同切削时间下的刀具磨损状态,结合已加工表面形貌与切屑形貌,研究了切屑表面及工件表面微切屑粘附及刀具积屑瘤粘附形成机理,对比同切削条件下普通车削和基面超声椭圆振动车削加工的刀具磨损形貌,分析了超声振动辅助切削效果。
【关键词】：镍基高温合金 超声振动 田口法 表面粗糙度 刀具磨损
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG51