镍基高温合金高效预应力切削工艺的优化研究

镍基高温合金零件在切削加工中加工表面分布显著的残余拉应力，严重影响工件的加工精度和尺寸稳定性，并且刀具磨损严重、刀具寿命缺乏有效预报且降低加工效率。本项目提出镍基高温合金的高效预应力切削工艺，基于金属切削理论、损伤力学寿命预测理论、离散元法和有限元法，建立模拟和分析高温合金预应力切削过程的离散元-有限元耦合模型以及氮化硅陶瓷刀具摩擦磨损行为的离散元模型；基于数值模拟和实验验证，阐明预应力大小和加载方向以及加工工艺参数对高温合金加工表面残余应力的影响规律，在切削过程中主动控制加工表面残余应力状态；揭示陶瓷刀具材料磨损、损伤积累到局部剥落的演化过程以及预报刀具的使用寿命；建立刀具磨损-工艺参数-工件加工表面残余应力的关系模型，优化加工工艺参数，建立镍基高温合金的预应力切削工艺技术基础，推动高温合金高效高质量加工技术的进步。

镍基高温合金零件在切削加工中加工表面分布显著的残余拉应力，并且刀具磨损严重、刀具寿命缺乏有效预报。本项目以镍基高温合金Monel K500和GH4169的高效预应力切削为研究对象，研制了轴类和环类零件的预应力加载装置，搭建了预应力车削试验平台；建立了预应力切削过程和刀具磨损的有限元模型，设计了基于有限元法的刀具磨损量计算方法，实现了基于耦合过渡层的有限元-离散元耦合，建立了刀具摩擦磨损行为的离散元模型。项目通过理论计算、加工试验、数值模拟和测试分析等，获得了预应力切削高温合金的切削力、表面残余应力、表面粗糙度、表面硬化和切屑形貌以及刀具摩擦磨损等特性，阐明了预应力切削加工工艺参数对高温合金加工表面完整性和刀具磨损的影响规律，实现了在切削过程中主动控制加工表面残余压应力状态并预测刀具的摩擦磨损行为，建立了刀具磨损-工艺参数-工件加工表面残余应力的关系模型，优化加工工艺参数，形成了镍铜高温合金的预应力切削工艺技术基础。