INCONEL718高速切削温度梯度分析【开题报告】

开题报告
机械设计制造及其自动化
INCONEL718高速切削温度梯度分析
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
本课题国内外研究动态
近二十年来，国内外学者对高速加工进行了大量的研究。

国际上有关高速切削方面的研究有[7]:Komand而博士领导执行的美国先进加工研究计划(AMRP);俄亥俄州立大学Altan教授领导的研究小组在高速切削模拟方面做了大量的工作;H.Schulz教授领导执行的德国研究与技术部资助项目，对高速铣削机床及其主轴、刀具、工艺、效率与应用的研究;意大利Levi等人对高速切削加工经济性的研究;日本森肋俊道、鸣咙则彦分别在微孔钻削和端面铣削方面进行了高速切削的应用研究。

国内高速切削技术研究起步较晚，20世纪80年代以来，我国的高等院校、研究所及企业相继开始了高速切削及其相关技术的研究。

山东大学(原山东工业大学)切削加工研究组结合陶瓷刀具材料的研究，比较系统的研究了A12O3基陶瓷刀具高速硬切削(车和端铣)的切削力、切削温度、刀具磨损和破损、加工表面质量以及刀具几何形状。

建立了有关切削力、切削温度模型、刀具磨损和破损理论、加工表面质量变化规律等。

二十世纪九十年代后，又先后研究了模具高速切削加工技术与策略、涂层刀具与PCBN刀具和陶瓷刀具等高速切削铸铁和钢的切削力、刀具磨损寿命、加工表面粗糙度以及高速切削数据库技术、高速旋转刀具安全性等18一，’l。

文献[16]和文献[17)对高速铣削铝合金的变形理论、加工表面形成特征和刀具失效机理及刀具寿命进行了深入的研究。

上海交通大学在切削工艺及优化方面做得比较多;广东工业大学的张伯霖教授是国内研究(超)高速切削比较早的专家之一，侧重于高速电主轴，陶瓷轴承，传动机构，主轴/刀具联结方面的研究;南京航天航空大学侧重于高速切削难加工材料，尤其是航空高温合金材料方面的机理和工艺研究。

北京航空航天大学、西北工业大学、北京理工大学、哈尔滨理工大学及清华大学等，他们的研究对高速切削技术在我国的发展起到了积极的推动作用。

尽管我国高速切削加工技术的研究还有待于全面深入，但通过我国科技研究者的艰苦努力，高速切削加工和高速加工机床的基
础理论研究取得了令人鼓舞的成就，对促进我国高速切削加工技术的发展起到了重大作用。

·选题的依据和意义
镍基合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。

在镍基高温合金中Inconel718的应用最为广泛，属于典型的难加工材料，加工过程中存在切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大以及刀具磨损严重等问题。

随着高速切削加工技术的推广应用，镍基高温合金的高速切削加工近年来也成了国内外研究的热点。

镍基合金在整个高温合金领域占有特殊重要的地位，它广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。

在镍基高温合金中Inconel718的应用最为广泛，属于典型的难加工材料，加工过程中存在切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大以及刀具磨损严重等问题。

随着高速切削加工技术的推广应用，镍基高温合金的高速切削加工近年来也成了国内外研究的热点。

本文以Inconel718为试验材料，研究了PVD涂层硬质合金刀具高速车削镍基高温合金的切削力、表面粗糙度、切屑形态以及刀具寿命和磨损机理。

同时研究了Inconel718与硬质合金刀具材料对偶时的摩擦磨损特性。

为了进一步研究高速切削Inconel718的切削机理，应用有限元软件DEFORM-2D模拟了高速切削Inconel718的切削过程，分析了切削速度对切削温度、切削力和剪切角的影响规律以及切削过程中刀具和工件的应力场分布情况。

通过以上研究可以为高速切削镍基合金提供合理的切削参数，并为研制加工镍基合金的新型刀具材料和提高刀具寿命提供借鉴。

涂层硬质合金刀具高速车削镍基高温合金的车削试验结果表明：切削参数对切削力和表面粗糙度的影响规律相似，均是进给量影响最大，切削深度次之，切削速度最小。

故用涂层硬质合金刀具精车Inconel718时，采用小进给量、小切削深度、高切削速度可以得到小的切削力和表面加工质量。

Inconel718切屑的微观形态在低速下呈带状，高速下由于发生了绝热剪切导致切屑为锯齿状。

随着切削用量的增加，刀具寿命缩短。

在干切状态下，切削深度对刀具寿命影响最大。

乳化液冷却下，刀具寿命有很大提高，约为干切条件下的3倍。

采用扫描电子显微镜SEM和能量分散光谱EDS扫描，对刀具的损坏形态
和损坏机理进行了研究，结果表明刀具损坏形式是前刀面磨损、后刀面磨损、剥落和崩刃。

刀具损坏机理主要是粘结磨损、磨粒磨损、氧化磨损和扩散磨损等。

Inconel718与硬质合金对偶的摩擦磨损试验表明：摩擦副的摩擦系数随着载荷的增大而减小，随滑动速度的增大而增大。

磨损机制主要为粘结磨损、磨粒磨损和氧化磨损。

有限元仿真结果表明：切削力随着刀具的切入先迅速线性增大，然后趋于稳定，切削力随切削速度的增大呈下降趋势。

切削温度的最高点总是位于前刀面上距离刀刃不远的地方。

最高切削温度随着切削速度的增大而增高。

最大刀具等效应力出现在前刀面上切削刃的周围，工件上最大等效应力出现在第一变形区。

切削过程中，剪切角随切削速度的增加而增大
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
(1) 通过切削仿真分析，研究高温合金Inconel 718 高速切削时的温度梯度分布；
(2) 运用有限元法，研究切削速度等切削参数对Inconel 718 高速切削中切削温度的影响。

(3) 获得Inconel 718 高速切削中切削温度的分布云图
三、研究步骤、方法及措施：
设计路线：（1）查阅相关资料，为设计作准备；
（2）对温合金Inconel 718 高速切削切削仿真工艺进行分析；
（3）确定总体设计方案；
（4）用DEFORM2D有限元分析软件完成高温合金Inconel 718 高速切削时的温度梯度分布
四、参考文献
[1] 朱有为. 高速切削技术的应用分析长沙大学学报
[2] 章宗城.切削摩擦学特点与切削工具损伤分类及术语探[J]东华大学学报(自然科学版),
[3] 徐芗明. 镍基高温合金切削加工锯齿形切屑研究[J]机械制造, 2008, (06)
[4] 郑文虎,张玉林,詹明荣. 难切削材料加工技术问答(续四)[J]铁道机车车辆工人, 2004,
[5] 肖曙红,张伯霖,李志英. 高速机床主轴/刀具联结的设计[J]机械工艺师, 2000, (03) .
[6] 刘战强,万熠,艾兴. 高速铣削过程中表面粗糙度变化规律的试验研究[J]现代制造工程, 2002, (12)
[7] 杨勇,方强,柯映林,董辉跃. 基于有限元模拟的钛合金锯齿状切屑形成机理[J]浙江大学学报(工学版), 2008, (06) .
[8] 卢树斌. 高速金属切削加工的数值模拟与分析[D]江苏大学, 2006 .
[9] 何宁. 高速切削技术[J]工具技术, 2003, (11) .
[10] 刘建生，陈慧琴，郭晓霞.金属塑性加工有限元模拟技术与应用[M]. 北京：冶金工业出版社，2003。