纳米流体微量润滑钛合金切削刀具磨损研究.pdf

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1、工学硕士学位论文纳米流体微量润滑钛合金切削刀具磨损研究TOOLWEARINTITANIUMALLOYTURNINGUNDERNANOFLUIDSMINIMUMQUANTITYLUBRACATION周壮哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG712学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文纳米流体微量润滑钛合金切削刀具磨损研究（学术型）硕士研究生：周壮导师：周明教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航制造工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG712U.D.

2、C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTOOLWEARINTITANIUMALLOYTURNINGUNDERNANOFLUIDSMINIMUMQUANTITYLUBRACATION(Academic)Candidate：ZHOUZhuangSupervisor：Prof.ZHOUMingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticsandAstronauticsManufacturingEngineeringAffi

3、liation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要钛合金具有密度小、比强度高、热强性好、耐腐蚀性好等一系列优良的物理力学性能，广泛的应用于工业的各个领域。但钛合金同时又具有化学活性大、导热性能差、弹性模量小等缺点，在加工过程中刀尖温度高，粘刀现象严重，极大地限制了钛合金更广泛的应用。针对这一现象，本文选用耐磨性能良好的聚晶金刚石(PCD)刀

4、具，使用导热性高、润滑性好的纳米流体作为切削液，供液方式为微量润滑(MQL)，开展在纳米流体微量润滑方式下钛合金精密切削过程刀具磨损研究，对提高钛合金工件加工表面质量，扩大钛合金应用范围具有重要意义。纳米流体的表面张力、粘度是影响其雾化性能的主要参数，固-液表面接触角和纳米流体润滑作用下的PCD刀具-钛合金摩擦副之间的摩擦系数是影响纳米流体润滑性能的主要参数，纳米流体的雾化性能和润滑性能是研究微量润滑方式下刀具磨损的基础。本文通过实验测试上述参数与碳纳米管体积分数的关系，测试结果表明，添加碳纳米管能够改善基液的雾化性能和润滑性能。基于纳米流体润滑PCD刀具-

5、钛合金平面摩擦实验结果，分析了纳米流体的润滑机理。上述研究结果为探究纳米流体对刀具磨损影响的研究提供了基础。不同微量润滑参数对纳米流体的冷却润滑性能具有重要影响。本文使用Abaqus仿真软件确定了刀尖的最高温度。在此基础上，采用Fluent仿真软件，研究了不同微量润滑参数下微量润滑流场、刀具温度的分布规律。纳米流体冷却性能主要受喷气压强、供液距离的影响，纳米流体流量对其影响较小。上述研究结果为探究纳米流体微量润滑参数对刀具磨损的影响提供了指导。在钛合金精密超精密切削加工中，金刚石刀具的磨损严重限制了钛合金的应用。本文通过钛合金精密切削实验发现：在PCD刀具前

6、刀面上主要发生了粘结磨损、沟槽磨损、扩散磨损、崩刃，在后刀面上发生了粘结磨损。实验结果表明，相比于干切和纯液体微量润滑，纳米流体微量润滑方式能够显著降低后刀面磨损量，并分析了碳纳米管体积分数对后刀面磨损量的影响，喷气压强、供液距离、刀具后角对刀具磨损均有一定影响。关键词：纳米流体；微量润滑；钛合金；刀具磨损；Fluent仿真I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTitaniumalloyshaveaseriesofexcellentphysicalandmechanicalpropertiessuchaslowdensity,highspecifi

7、cstrength,goodthermalstrength,andgoodcorrosionresistance,andarewidelyusedinvariousfieldsofindustry.However,titaniumalloysalsohavethedisadvantagesoflargechemicalactivity,poorthermalconductivity,andlowmodulusofelasticity.Duringtheprocessing,thetiptemperatureishigh,andthestickingknife

8、phenomenonisserious,whichg