【摘 要】
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铍铜合金(Cu-Be)因其兼具有高强度、高硬度和耐腐蚀性能以及良好的导热性,广泛应用于航天航空、汽车、电化学和海洋工业等领域。在铍铜合金高速铣削过程中,其高硬度高强度以及高温易软化等物理特性,往往容易产生单位面积切削力大和切削颤振明显等现象。此外,刀具磨损与粘结效应改变了切削刃与工件的接触形态,加剧了切削力与切削颤振的波动,从而影响工件的最终表面质量。因此,对铍铜合金高速铣削过程中的颤振现象及其影
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铍铜合金(Cu-Be)因其兼具有高强度、高硬度和耐腐蚀性能以及良好的导热性,广泛应用于航天航空、汽车、电化学和海洋工业等领域。在铍铜合金高速铣削过程中,其高硬度高强度以及高温易软化等物理特性,往往容易产生单位面积切削力大和切削颤振明显等现象。此外,刀具磨损与粘结效应改变了切削刃与工件的接触形态,加剧了切削力与切削颤振的波动,从而影响工件的最终表面质量。因此,对铍铜合金高速铣削过程中的颤振现象及其影响因素进行研究,有利于提高加工质量和加工效率。本文结合铣削过程变切削厚度的特点,建立了二自由度(TDOF)正交立铣颤振模型,获得特定切削频率下的无颤振临界轴向切深,利用已加工表面的高分辨率3D微型拓扑纹理区分切削稳定状态,验证了模型的准确性。利用Ti Al N涂层硬质合金刀具,对铍铜合金进行正交和单因素铣削试验,分析切削参数对铍铜合金C17200加工稳定性的影响程度、影响显著性及影响规律,并获得最优工艺参数组合。针对铍青铜在高温高压下容易发生软化而形成粘附物的特点,对刀具表面环境和切削刃形态进行对比分类,解析刀具损伤和切削颤振的内在联系。试验结果表明,铣削过程中相邻两个切削刃的径向振动位移导致瞬时切削厚度发生变化,当相邻两个切削刃的振动波纹轨迹相位差达到一定值时便引起再生型颤振。切削速度和轴向切深对切削颤振具有显著影响,且切削颤振随切削速度的递增出现先增大后减小的趋势,于600m/min处达到切削颤振峰值。切削颤振随轴向切深的递增总体上呈现线性变化关系,且该变化趋势在高速状态下更为明显。切削颤振变化趋势与刀具粘结磨损呈现正向相关性,低速低粘附率环境(v=200m/min)下,铣削距离L达到7m后,铣削力Fx、Fy较初始无损切削状态的增幅为135.27%和201.4%;而高温高粘附率环境(v=600m/min)下的增幅则分别为90.14%和46.41%。低速低粘附率环境下的刀具基体损伤导致前角γ和后角α减小,更易引起明显的加工颤振,高速高粘附率环境下的刀具粘附效应能够有效降低切削颤振和力信号的波动。基于理论分析和试验验证,认为铍铜合金高速铣削过程中,刀具磨损是引起切削颤振波动的重要因素,粘附现象对切削接触形态具有较大影响,进而改变切削加工稳定性。刀具几何角度和切削刃形态是影响加工颤振的重要因素,高粘附率切削环境下的粘附物累积通过阻止粘接剂(Co)的逃逸,以维持刀具几何形态,有效降低切削颤振和切削力的波动,并提高加工稳定性。
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