下载文档原格式
《深冷处理TC4钛合金滚磨光整加工实验研究》篇一一、引言TC4钛合金以其优异的机械性能和耐腐蚀性能在航空、航天、医疗、化工等领域得到广泛应用。
然而，钛合金的加工难度大，尤其是表面粗糙度和精度要求较高的零件。
为了提高TC4钛合金的表面质量和加工效率，本文对深冷处理后的TC4钛合金进行滚磨光整加工实验研究。
通过实验，探讨深冷处理对TC4钛合金滚磨光整加工的影响，为实际生产提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 实验材料实验所用材料为TC4钛合金，其化学成分及力学性能符合国家标准。
深冷处理后的TC4钛合金具有更好的力学性能和抗腐蚀性能，有利于提高加工质量和效率。
2. 实验方法（1）深冷处理：将TC4钛合金试样进行深冷处理，温度控制在-196℃以下，处理时间根据实验要求确定。
（2）滚磨光整加工：采用滚磨光整加工设备，对深冷处理后的TC4钛合金试样进行加工。
通过调整滚磨介质、转速、加工时间等参数，探究不同工艺参数对加工效果的影响。
（3）性能检测：采用显微镜、表面粗糙度仪等设备，对加工后的试样进行表面形貌、粗糙度、硬度等性能检测。
三、实验结果与分析1. 深冷处理对滚磨光整加工的影响实验发现，经过深冷处理的TC4钛合金试样在滚磨光整加工过程中表现出更好的稳定性和加工效果。
深冷处理可以降低材料的内应力，提高材料的硬度和抗腐蚀性能，从而有利于提高加工质量和效率。
2. 滚磨光整加工参数对加工效果的影响（1）滚磨介质：实验发现，采用硬度适中、粒度均匀的滚磨介质可以获得较好的加工效果。
过硬的介质容易导致工件表面划伤，过软的介质则难以达到理想的加工效果。
（2）转速：适当提高转速可以加快滚磨速度，从而提高加工效率。
然而，过高的转速可能导致工件表面粗糙度增大，甚至出现振动和跳动等问题。
因此，需要合理控制转速，以获得理想的加工效果。
（3）加工时间：加工时间越长，工件表面粗糙度越小，但过长的加工时间可能导致工件表面出现过度磨损和划痕等问题。
钛合金TC4铣削试验研究【摘要】：本文通过对TC4钛合金锻件进行单因素铣削实验，得出其切屑形态随着铣削深度a的增大将由紧密螺旋状逐渐变为松散状的结论。
通过铣削率模型，找到了在特定铣削速度和进给速度下，铣削钛合金的最佳深度范围，对于钛合金铣削加工具有生产指导意义。
【关键词】：钛合金；切屑形态；铣削深度；铣削体积；铣削时间；铣削率引言钛合金具有质量轻、强度高、高温性能好、耐腐蚀等许多优点.在航空航天、船舶和化工等工业部门得到广泛的应用[1]。
但由于钛合金导热系数低、摩擦因数大、弹性模量小、化学活性大、切屑与前刀面的接触面积小，使得钛合金切削加工性较差[2]。
目前TC4应用比较广泛，是以α相为主的双相合金，β相一般少于30%，其综合性能好，组织稳定，有良好的韧性、塑性和高温变形性能。
但是，在高速条件的切削力、切削温度以及刀具磨损机理等方面还有很多现象解释不清，对工件的表面质量的影响方面等问题，针对这些问题国内外学者做过很多研究。
Narutaki对钛合金TC4的切削力和切削温度进行研究得到：切削钛合金时刀具磨损并非切削力所致，而切削温度是致使钛合金难以继续切削的主要原因。
F. Klocke，N等人在分析和实验的基础上，对涂层硬质合金刀具铣削TC4的效率进行了评价，用有限元的方法对切削时的应力-应变曲线进行分析。
1试验材料及过程1.1.试验材料试验材料为TC4钛合金锻件，尺寸为290mm×192 mm×65mm，其化学成分见表1。
表1 TC4钛合金的化学成分%合金牌号成分抗拉强度σb/MPa伸长率δ/% 冲击韧性ak/104J·m-2 硬度HB 弹性模量E/106MPa 导热系/W·（m·K）-1TC4 TC4 903 10 39.24 320-360 0.111 5.441.2.试验条件与过程为研究铣削时钛合金的切屑形态与铣削深度的关系，并确定在特定铣削速度和进给速度条件下的最佳铣削深度范围，应用单因素试验方法，设计了采用25HSS的莫氏锥柄立铣刀在X5032立式升降台铣床上对试件连续铣出台阶面的实验。
TC4钛合金高速铣削表面粗糙度研究摘要：TC4 钛合金被广泛地用于航空航天等众多领域，为了提高钛合金零件的表面加工质量和加工效率，对 TC4 钛合金高速铣削表面粗糙度进行研究具有十分重要的意义。
关键词：TC4 钛合金；正交试验；切削参数；表面粗糙度；1 引言TC4 钛合金具有优良的耐腐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等优点，在航空航天等许多行业都得到广泛的应用。
从现在的行业和产品上来看，所有钛合金产品中有大约60％的产品原料为 Ti-6Al-4V，α+β 钛合金是工业上应用最多的一类钛合金。
在实际应用中，对钛合金产品的表面粗糙度要求很高，因为表面粗糙度与零件接触刚性、耐磨性以及产品的疲劳强度和振动等许多方面都存在着密切的联系，这些方面会严重影响到机械产品的使用寿命，表面粗糙度已经成为衡量表面质量的一项重要指标。
因此，研究钛合金零件的表面质量，降低表面粗糙度有着十分重要的意义。
目前，对不同型号钛合金的研究十分普遍，主要研究方法有支持向量机法、响应曲面法和正交试验法等。
在已有的采用正交试验法的钛合金表面粗糙度研究中多选择三个试验因素，而在切削加工中能够对产品表面质量产生影响的因素有很多，其中切削参数、不同零件的结构特点、刀具类型和材料、加工中随机因素等方面，特别是切削参数对产品粗糙度的会产生巨大的影响。
2 正交试验方案设计2.1 确定试验因素和水平正交试验法是一种科学地安排与分析多因素试验的方法，主要作用是能够用较少的试验次数找出不同因素及水平间的最优搭配。
进行正交试验的第一步工作就是明确试验目的，在此基础上确定试验指标，根据经验和手册选择影响因素，将同一因素设置出不同的因素水平，再将因素和水平进行合理的搭配形成正交表。
在铣削加工中最主要的切削参数有每齿进给量 fz、加工中刀具的切削深度 ap、机床的主轴转速 n 和切削宽度 ae，所以选取以上 4 个切削参数作为试验因素，根据钛合金 TC4 高速加工的生产经验和加工手册选取 4 个水平，建立正交试验表 L16（45）。
高精度钛合金细长轴磨削策略研究高精度钛合金细长轴磨削策略研究钛合金作为一种重要的材料，在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域得到了广泛应用。
而钛合金轴则是钛合金应用的一种重要手段。
由于钛合金材料的特殊性质，对其加工也存在着一定的难度。
钛合金细长轴的加工更是需要突破一系列难点，以满足高精度要求。
本文将就高精度钛合金细长轴磨削策略进行探讨。
一、钛合金细长轴磨削的难点1. 钛合金材料硬度大，切削力大。
与传统的切削加工相比，钛合金材料的硬度明显更高，因此需要承受较大的切削力。
因此，常规的加工方法，例如铣削、车削等，难以满足钛合金细长轴的加工精度要求。
2. 钛合金材料热膨胀系数大。
高温会导致钛合金材料的热膨胀系数增大，加之细长杆形的结构容易导致热变形，因此在高温状态下进行磨削加工难度较大。
3. 钛合金材料切削性差，加工难度大。
钛合金材料具有耐磨、抗拉强等优点，但其切削性却较差，这也是钛合金磨削难的原因之一。
二、高精度钛合金细长轴磨削策略钛合金细长轴磨削的难点在于材料硬度大、热变形易发生、切削性差等因素。
因此，高精度钛合金细长轴需要采取更为科学合理的磨削策略。
1. 采用低速磨削加工。
钛合金材料硬度大，较难加工，如果采用高速旋转的刀具进行磨削，很容易导致材料热变形等不良后果。
因此，在钛合金细长轴的加工过程中，应采用低速磨削加工，以避免热变形。
2. 采用干式磨削加工或切削液磨削。
传统的钛合金材料磨削加工通常是采用切削液磨削，这种方式存在一定的助剂污染等问题。
不过近年来，干式磨削加工技术已经相应成熟，可以在保证磨削效果的同时，减少环境污染。
3. 采用降温策略。
钛合金材料的热膨胀系数大，热变形现象常常发生。
因此，在磨削加工的过程中，需要采取降温策略，以确保材料不发生热变形。
如可以采用高频磨削加工技术、冷却液注入等方式实现降温目的。
4. 选择合适磨削刀具。
磨削刀具是磨削加工中不可或缺的一部分。
在高精度钛合金细长轴磨削中，需要选择合适的磨削刀具，以保证加工质量。
TC4钛合金TC4钛合金●TC4 钛合金热处理：TC4钛合金mpa，TC4材料固溶强化处理后，强度增加不大，也就到1100MPa，退火状态下强度一般在900MPa●TC4 热膨胀系数：TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。
●TC4钛合金力学性能：抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25●TC4钛合金密度:4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）●TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5[1][2][3][4]●TC4 热膨胀系数：TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。
●TC4钛合金力学性能：抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25●TC4钛合金密度:4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）●TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5钛合金TC4高速铣削表面完整性的研究发表于: 2008-3-14 0:01:13来源:深圳宝玛作者:数控机床点击:载入中...次由于钛合金具有比强度高、热强度好、耐腐蚀、资源丰富等一系列优点，因此在航空、航天等工业部门中的应用越来越广泛，用于制作飞机和发动机中的主要构件。
一、引言钛合金材料具备密度低、强度大、耐高温和耐热冲击的特性，因此作为航空航天发动机和汽车模具的高附加值行业被广泛应用，同时钛合金优异生物化学惰性也是其广泛应用于生物医疗，特别是植入人体的植入物，如钛合金支架、钛合金关节、钛合金固定板和骨钉等。
钛合金优异的机械物理性能也使得其加工非常困难。
钛合金工件的精密磨削加工中由于其具有磨削力大、磨削温度高以及砂轮磨损和粘附严重的特点，磨屑变形复杂形成层叠状挤裂切屑，表面易生成硬脆性变质层甚至烧伤或出现热裂纹，影响零件的加工精度、表面质量以及使用寿命，成为制约钛合金材料应用的关键因素之一。
统计资料显示钛合金磨削时，磨削加工的成本在整个加工过程中占比可达到90%；其中40%-70%属于砂轮磨损成本，磨削比G（工件去除体积/砂轮磨损体积）为30-50，只有普通钢的1/2到1/4。
因此钛合金的磨削技术使当今乃至未来数十年研究的难点和热点问题。
二、国内外钛合金材料磨削加工研究现状1.国内钛合金材料磨削加工研究现状湖南大学高效磨削工程技术研究中心研究团队对钛合金材料磨削机理的进行了深入的研究和探讨。
该团队研制了砂轮线速度超300 m/s超高速平面磨削实验平台，并对TC4钛合金工件进行了磨削测试。
研究结果表明，随着砂轮线速度增加，单科磨粒的最小未变形切深减小，砂轮单位面积上的磨削力下降。
在实验中，通过SEM显微照片观察发现，钛合金在Vs=150 m/s，Vw=6m/ min，ap=1 mm的工况下获得的工件表面粗糙度和光洁度较好。
消除了钛合金低速磨削表面质量差且以出现烧伤及裂纹的问题。
钛合金的强制冷磨削也是研究的热点之一。
在钛合金磨削过程中，采用压缩液氮冷却工件与砂轮及其磨削区。
由于液氮温度通常较低，在空气中挥发会从工件与砂轮及其磨削区吸收热量，使加工后的钛合金表面温度下降，减少了工件的热膨胀变形，抑制了磨削烧伤。
同时液氮持续排出，充盈在磨削区域，将周围的氧气排出，将氧气与加工的钛合金表面分离，避免了形成化学反应，抑制了钛合金表面组织结构的改变。
钛合金高速切削过程中的切削力和表面粗糙度建模及参数优化的开题报告一、问题的背景钛合金作为高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等优良性能的金属材料，在航空航天、船舶、医疗设备等领域应用广泛。
但由于其硬度大、塑性低、导热系数小等特点，使得钛合金加工难度较大，尤其是高速切削过程中，切削力和表面粗糙度的控制更为关键，直接影响着钛合金零件的加工质量和成本。
二、研究目的本研究旨在建立钛合金高速切削过程中切削力和表面粗糙度的数学模型，研究切削参数对切削力和表面粗糙度的影响规律，优化切削参数，提高加工效率和质量。
三、研究方法1. 实验法：通过高速铣削实验，测量切削力和表面粗糙度，建立切削力和表面粗糙度的数学模型。
2. 数值模拟法：利用有限元软件建立钛合金高速切削的数值模型，模拟分析切削过程中的切削力和表面粗糙度。
3. 建模和优化算法：通过数据处理和统计学方法，建立切削力和表面粗糙度的多元回归模型，并运用优化算法对切削参数进行优化。
四、研究内容和方案1.实验内容（1）制备钛合金试样，并对试样进行预处理。
（2）利用高速铣床进行铣削试验，采集切削力、转速、进给速度、切削深度、切削宽度等数据，并记录加工过程中的表面粗糙度。
（3）对试验数据进行处理，建立切削力和表面粗糙度的数学模型。
2. 理论内容（1）建立切削力和表面粗糙度的多元回归模型，研究切削参数对切削力和表面粗糙度的影响。
（2）运用优化算法对切削参数进行优化，寻找最佳的加工参数组合。
3. 方案（1）实验方案：选取适宜的钛合金试样，设计不同的切削参数组合，进行高速铣削试验，测量切削力和表面粗糙度数据。
（2）理论方案：采用多元回归分析方法，建立切削力和表面粗糙度的数学模型，运用优化算法对切削参数进行优化。
五、预期结果通过实验和理论分析，建立钛合金高速切削过程中的切削力和表面粗糙度的数学模型，研究切削参数对切削力和表面粗糙度的影响规律，优化切削参数，提高加工效率和质量。
预期能够为钛合金零件高速加工提供有效的理论指导和技术支持。
摘要自20世纪50年代以来，钛及钛合金经历了半个多世纪的发展，种类从最初的Ti-6AI-4V发展到数百种，我国列入国家标准的钛及钛合金牌号就达24种。
由于它强度小、耐热性好、抗腐蚀性优良，它在航空航天、军事、体育器械、医疗器械、照相器材等领域得到了广泛的应用。
但钛合金制造工艺复杂，所以如何改进钛合金的加工工艺，就成为钛合金应用的研究课题。
在钛金的切削加工方面，一些发达国家走在了世界的前列。
为此，研究钛合金的切削加工十分必要，对我国在这方面的发展具有重要的意义。
本文从钛合金的性能、切削特点和车削加工理论出发，分析了TC4车削加工时刀具选择、切削用量、刀具角度选择以及切削力，并从设计试验方案出发，利用切削力测试系统对TC4进行车削力测定，研究切削力曲线特征，建立TC4的切削力经验公式。
关键词：钛合金；刀具选择；切削加工型；正交试验法；经验公式AbstractSince the 1950s, the development of titanium and titanium alloy already experience more than half a century of course, titanium alloy types already from Ti-6AI -4V development to hundreds of kinds, our country listed in the national standard grades of titanium and titanium alloy formule 24. Because of its high strength, low density, good heat resistance, corrosion resistance, excellent in aerospace and military, sports equipment, medical equipment, photographic equipment, etc widely used. Although the broad application of titanium alloys, but the complexity of manufacturing process, so how to improve the processing of titanium alloys , titanium alloys have become the application of research. Machining in titanium alloys, the number of developed countries have been at the forefront of world. To this end, the study of machining titanium alloys is essential to our development in this area is of great significance.In this paper, the performance of titanium alloy, the cutting characteristics and turning theory, and analysis tool TC4 choice when turning, cutting, cutting tool selection and cutting force angle, and the design of orthogonal pilot program, the use of cutting force testing system to TC4 determination of cutting force to study the characteristics of the cutting force curve, the establishment of TC4 empirical formula of force.Keywords: Titanium alloy; tools selection; cutting workability; orthogonal experiment; experience formula1 钛合金概述钛在地球蕴藏着的元素中含量排名第九，其蕴藏量占0.44%到0.57%，1795年德国化学家M.H.克拉普鲁斯发现了该元素并以希腊神Titans命名。
TC4合金干滑动磨损性能的研究摘要本文研究了TC4合金的干滑动磨损性能。
利用球盘试验机对TC4合金进行了干滑动磨损实验。
结果表明，随着负载的增加，TC4合金的磨损率增加。
在相同的负载条件下，TC4合金的磨损率随着滑动速度的增加而增加。
同时，对TC4合金进行了表面形貌和元素组成分析。
研究表明，TC4合金的磨损主要是由于表面氧化层破坏和材料剥离形成的，同时，TC4合金表面的TiO2和TiC可以有效地减少磨损。
关键词：TC4合金，干滑动磨损，磨损率，表面形貌，元素组成IntroductionTC4合金以其良好的耐腐蚀性、高强度和优异的耐高温性能被广泛应用于航空航天和汽车工业领域。
然而，在实际应用中，TC4合金往往受到干滑动磨损的影响，导致材料的损坏和寿命降低。
因此，研究TC4合金的干滑动磨损性能对于材料的应用具有重要意义。
Method采用球盘试验机对TC4合金进行了干滑动磨损实验。
实验使用球盘试验机的球径为10mm，盘口直径为60mm。
实验负载为20N到60N，滑动速度范围为0.1m/s到0.8m/s。
试验时间为600s。
利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）对磨损后的TC4合金表面形貌和元素组成进行了分析。
Result and discussion实验结果表明，在相同的负载条件下，TC4合金的磨损率随着滑动速度的增加而增加。
图1显示了不同滑动速度下TC4合金的磨损率随时间的变化曲线。
当负载为60N时，TC4合金的磨损率达到最大值，为 6.5×10-5mm3/Nm。
随着负载的增加，TC4合金的磨损率也增加。
当负载为40N时，TC4合金的磨损率最高，为5.9×10-5mm3/Nm。
在较低的负载条件下，TC4合金的磨损主要是由于表面氧化层破坏导致的。
在较高的负载下，TC4合金的磨损主要是由于材料剥离和表面氧化层破坏所致。
在实验中，发现TC4合金表面的TiO2和TiC可以有效地减少磨损，这是由于TiO2和TiC可以形成保护膜，并防止氧化层的进一步脱落。
