宦海祥博士答辩公告

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宦海祥博士答辩公告

发布时间:2018-03-19浏览次数:781作者:来源:机电学院供图:审核:

答辩博士：宦海祥

指导教师：徐九华教授

论文题目：颗粒增强钛基复合材料切削加工性研究

答辩委员会：

主席：李迎教授/博导南京理工大学

委员：谭业发教授/博导中国人民解放军陆军工程大学

曲宁松教授/博导南京航空航天大学

李亮教授/博导南京航空航天大学

徐九华教授/博导南京航空航天大学

傅玉灿教授/博导南京航空航天大学

苏宏华教授/博导南京航空航天大学

秘书：张全利讲师/博士南京航空航天大学

答辩时间：2018年03月22日14:00-16:00

地点：南航明故宫校区15#-341

学位论文简介：

颗粒增强钛基复合材料作为新近发展的金属基复合材料之一，有望解决传统钛合金难以满足航空航天、电子信息和交通运输等领域对高性能材料的急迫需求问题，是当前材料领域的热点。加工效率低、刀具寿命短、表面质量稳定性差已成为制约颗粒增强钛基复合材料在航空航天等领域推广应用的瓶颈，如何实现颗粒增强钛基复合材料的高效高质量加工已成为迫切需要解决的难题。针对这些问题，本文从切削加工中切削变形过程、刀具磨损机理、已加工表面粗糙度与表面形貌和钛基复合材料的铣削加工等四个方面开展了颗粒增强钛基复合材料切削加工性研究。

主要研究工作包括：

（1）通过不同温度、应变率和增强相含量的霍普金森压杆试验，分析了钛基复合材料的动态力学性能，提出存在可有利于提高刀具寿命，获得较好表面质量的最佳切削温度范围；通过不同切削速度的车削试验研究了切削力和切削温度及其变化规律；从宏观和微观的角度对切屑形态进行了分析，并通过切屑纵截面对切屑的锯齿化程度及集中剪切频率进行了分析；通过爆炸落刀试验，获取不同参数下的颗粒增强钛基复合材料的切屑根部试样，分析切削参数对变形过程的影响。

（2）通过摩擦磨损试验，分析了PCD与颗粒增强钛基复合材料摩擦副之间的摩擦磨损特性；通过切削试验，研究了刀具种类、切削参数及冷却方式对刀具磨损形式的影响规律，并采用三维视频显微镜、SEM和EDS等分析仪器对切削过程中刀具磨损进行跟踪测量和比较，结合摩擦磨损试验的结果深入分析了刀具磨损的形态特征，揭示切削颗粒增强钛基复合材料时刀具的磨损机理。

（3）从表面形成的过程和增强相去除方式入手，分析了颗粒增强钛基复合材料切削加工表面形成过程，并研究了表面缺陷的形成规律及影响因素；通过不同刀具切削加工颗粒增强钛基复合材料试验，研究刀具种类、切削参数及工艺条件对工件表面粗糙度和表面变质层的影响，分析表面粗糙度及表面缺陷的影响因素，揭示了已加工表面的形成过程，为钛基复合材料切削加工过程中表面缺陷控制提供了依据。

（4）在对切屑变形、刀具磨损机理和表面粗糙度及表面形貌等研究基础之上，开展了颗粒增强钛基复合材料铣削加工试验研究。通过研究铣削力、铣削温度和表面完整性等的变化规律，优选了加工工艺参数，结合航天某飞行器舵面零件结构特点，以设计要求参数为目标，制定了钛基复合材料舵面零件上特征平面的铣削加工工艺方案，并进行现场加工验证。

主要创新点如下：

（1）揭示了颗粒增强钛基复合材料流变应力随温度和应变率的变化规律，发现切削温度在400~600℃之间为最优切削温度范围区间，提出通过较高切削速度，获取较高切削温度，以弱化刀具磨损，提高刀具寿命和加工效率，改善加工质量的工艺对策，为钛基复合材料切削加工工艺参数的选择提供了依据。

（2）利用PCD刀具导热性能好、硬度高、耐磨性能优越等特点，采用PCD刀具对颗粒增强钛基复合材料开展了系统的切削试验，揭示了PCD刀具切削钛基复合材料的刀具寿命和工艺条件间的影响规律，优选出合理切削参数范围，为钛基复合材料切削加工优选刀具提供了参考。

（3）揭示了PCD刀具和硬质合金刀具切削钛基复合材料的磨粒磨损机理，即：PCD刀具磨粒磨损是由于刀具中的脱落金刚石颗粒对刀具本体的刻划作用；硬质合金刀具的磨粒磨损是由于刀具中的WC颗粒和被加工材料中的增强相颗粒对刀具本体的共同作用。这为进一步提高PCD刀具的耐磨性提供了途径。

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