钛合金材料车削力测量实验研究开题报告

1. 研究目的与意义

由于极高的比强度和极强的耐腐蚀性，钛合金已成为当今世界航空航天业的必备材料，为改善钛合金切削加工性，需要对其切削加工机理进行深入系统的研究，包括切削力、切削温度、切削变形、刀具磨损等方面。本论文拟对其车削时的车削力进行深入研究，以研究不同车削参数条件下其车削力的变化规律，得出该材料车削时的车削力经验公式，并结合正交实验法对该材料的车削参数进行优化。主要研究在钛合金的车削加工过程中出现的问题和钛合金的加车削工机理。通过本次研究熟悉掌握钛合金的刀具、切削液的选择并为今后研究钛合金切削加工机理提供理论依据。该研究结果可为掌握钛合金的切削加工性提供依据，并为目标函数下切削参数的确定提供参考数据。

随着生产的发展，钛合金不仅仅应用于航空和军事领域，正越来越多的应用在生产生活的各个方面。但由于其特殊的材料性能使其加工效率比较低下，加工成本较大。因此研究钛合金的切削性能，提高加工效率具有重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

国外研究概况：早在上世纪五六十年代，美国、英国、日本以及前苏联就围绕钛合金加工刀具寿命、切削力、表面完整性、切屑形成和切削温度等开展了大量的研究工作。目前国内外不少学者对钛合金的切削加工进行了更加深入细致的研究。制约钛合金切削效率提高的主要因素是目前没有合适的刀具材料可以以较高的速度切削钛合金。为了改善钛合金材料的切削加工性,半个多世纪以来人们做过不少尝试,譬如为钛合金的切削加工提供低温、真空、惰性气体保护等外部氛围条件等,但均收效甚微,相反还大幅度增加了加工成本。此外越来越多的学者和研究单位应用特殊的加工方法对钛合金进行切削研究。d.i.lalwani，等人利用响应面分析法对切削参数与切削力，表面粗糙度之间的关系进行分析和建模，并通过方法差分析法研究切削参数的综合作用对切削加工输出变量切削力、表面粗糙度的影响。

国内研究概况：随着我国航空工业的不断发展，钛合金的用量在不断增长，但是其较低的切削加工效率仍然是困扰航空制造业的一个难题。目前我国航空制造企业切削钛合金主要存在的问题是所选用的刀具质量差，切削效率低下。在钛合金的切削加工技术方面，国内的学者张春江早在80年代就做了比较系统的研究，出版了《钛合金切削加工技术》一书。国内很多学者对钛合金的车削力都有研究，南京航空航天大学的学者对钛合金的切削加工有很多研究。

危卫华等学者关于置氢钛合金tc4的切削加工性研究(1.南京航空航天大学机电学院,南京,210016;2.北京航空制造工程研究所,北京,100024)采用热氢处理技术在800℃下对ti-6al-4v钛合金进行了置氢处理,并利用硬质合金刀具对不同置氢量钛合金开展了车削试验研究,重点研究了置氢处理对切削力、切削温度以及刀具磨损的影响。结果表明:在给定的试验条件下,随着置氢量的增加,切削力、切削温度、刀具后刀面磨损量均呈现先降低、后升高的变化趋势;主切削力最大降幅为11%,切削温度最大降幅为80℃,后刀面平均磨损量减小了1倍;明显改善ti-6al-4v钛合金切削加工性,其置氢量范围为0.16%～0.37%,其中最佳置氢量为0.26%。何宁、李亮等采用了特殊的工作介质进行切削实验，比较了干车削、氮气油雾介质条件下车削力的变化特点，对钛合金的切削过程进行分析研究。西安理工大学的刘海军，张广鹏等提出新的车削力预测方法，基于一次车削试验，确定出刀具前刀面上三个方向切削力的系数，可以预测出不同切削用量和不同刀具角度下的车削力。李登万等对钛合金进行切削力实验研究，将指数方程式进行线性化处理，并对试验数据进行线性回归处理，在此基础上建立了适用于钛合金的切削力预测模型。

3. 研究的基本内容与计划

1.主要研究内容：

(1)掌握典型金属（如钛合金材料）的与切削力相关的力学性质；

(2)理解压电式测力仪测量车削力实验的基本原理；

4. 研究创新点

本文深入而全面的研究切削参数对钛合金切削力的影响规律，并建立了车削力的经验公式；采用正交实验法对目标函数进行参数优化，获得最佳切削参数组合。