块体非晶合金铣削加工工艺基础实验研究

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非晶合金特殊的原子排列方式,使其相比于晶态合金具有诸多优点,且广泛应用于各大领域,从材料发展以来就备受瞩目。切削加工属于材料加工中效率较高、精度较高的加工方法,因而非晶合金材料的切削加工必将是极具前景的加工方法。但目前大部分科研人员对非晶合金材料的切削加工仍以实验观察为主,对切削加工机理的研究还处于起步阶段,可选择的切削方式较少,缺少的是关于加工机理系统性的研究成果。因此结合实验与仿真,研究非晶合金材料的去除机理,总结加工机理是非常必要的。从理论方面指导加工工艺参数选择,总结非晶合金材料切削加工的特性及适合于非晶合金材料的切削加工工艺方案。本文以Zr52Cu17.5Ti16Ni12Nb2.5块体非晶合金为对象展开研究,论文的主要研究内容包括:(1)基于非晶合金的特性理论分析和研究,讨论切削加工过程中非晶合金塑性剪切滑移与脆性断裂的综合作用材料去除机理。探索脆性材料延性域加工的可能性和临界条件。总结出非晶合金材料实现延性域加工的条件,总结出改善非晶合金力学性能的方法。为接下来的研究提供理论基础。(2)块体非晶合金切削过程仿真研究:有限元仿真技术是研究切削加工机理必不可少的方法,切削过程有限元仿真会综合考虑到材料的变形及断裂理论、热力学、摩擦学等学科,使得仿真过程更接近于真实的切削加工。块体非晶合金材料切削仿真可以作为材料的加工的重要参考依据,还可以与验证实验所得的结论,为块体非晶合金材料的其它仿真提供准确的依据。基于对材料的加工理论,包括切削过程的切削力和切削温度等知识的学习,掌握有限元软件的基本理论,切削过程有限元建模的关键问题处理等,对块体非晶合金的切削过程进行仿真,并进行切削加工成屑仿真,利用有限元技术分析了块体非晶合金切削加工中应力场及温度场的分布云图,分析了切削力和切削温度随加工参数变化的变化趋势,结合实验验证,分析和总结块体非晶合金的切削加工工艺方案。(3)块体非晶合金铣削工艺实验研究:不同的加工参数、刀具的种类、材料的特性等加工工艺条件下块体非晶合金的铣削力和加工表面质量都有着很大的不同。按照单因素实验的方法,在影响块体非晶合金材料铣削工艺因素的理论研究基础上,合理选择好实验参数及相关因素,进行材料加工工艺实验研究。通过实验并结合非晶合金材料的特性分析,从铣削力、加工表面质量等方面对块体非晶合金的切削加工工艺理论进行分析和总结。选择与高熵合金、单晶合金、不锈钢材料的切削结果进行分析比较,给出块体非晶合金材料切削加工的特性和可行性。通过块体非晶合金材料铣削加工实验收集不同工艺条件下的切屑,进行切屑宏观形貌和微观组织结构分析,给出切屑形态随不同加工参数、不同刀具种类、不同材料的变化规律。总结出切屑宏观形貌和微观组织结构的形成原因。
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