何临江博士答辩公告

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何临江博士答辩公告

发布时间:2018-06-11浏览次数:1163作者:来源:机电学院供图:审核:

答辩博士：何临江

指导教师：徐九华教授

论文题目： Ti₂AlNb金属间化合物切削加工基础研究

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

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

曲宁松教授/博导南京航空航天大学

李华教授/硕导苏州科技大学

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06月12日14:00-17:00

地点：南航明故宫校区6#-6218

学位论文简介：

Ti₂AlNb金属间化合物比强度高、塑性好、抗氧化与抗蠕变能力强，具有优异的高温强度保持性，是最有希望的航空航天新型耐高温结构材料之一。然而，这类材料的切削加工存在切削力大、切削温度高、刀具磨损严重和加工表面质量差等突出问题。本文开展了Ti₂AlNb金属间化合物的切屑形成、刀具磨损和表面完整性等方面研究，发展了切削物理仿真用本构模型建立方法，提出了采用高压射流冷却方式提高刀具耐用度，改善加工表面质量的工艺措施，并以刀具耐用度和表面完整性为评价指标，优选了切削工艺条件，进一步促进了Ti₂AlNb金属间化合物在航空航天领域的快速应用。

主要研究工作包括：

（1）针对现有材料本构模型难以准确描述切削加工过程中的材料变形行为问题，研究了本构模型对材料流动应力曲线特征、切削过程参量与切屑形貌的影响规律，阐明了热力耦合条件下的材料切削变形特征，提出了基于粒子群算法的材料本构模型参数反求方法，获取了高应变率、大应变条件下的Ti₂AlNb金属间化合物材料本构模型，提高了切削仿真精度。

（2）建立了正交切削仿真物理模型，分析了切屑形成过程中物理场（应力、应变、温度）的分布及演变，阐明了切削速度对绝热剪切带的形成及发展的影响规律；通过爆炸落刀试验获取的Ti₂AlNb金属间化合物的切屑根部试样，阐明了切削参数对切屑变形过程的影响规律；分析了切削参数和冷却条件对切屑形貌的影响，揭示了锯齿形切屑毛边的形成机理及其影响规律。

（3）采用硬质合金刀具，开展了Ti₂AlNb金属间化合物切削刀具磨损试验研究，阐明了切削参数和高压射流冷却条件对刀具耐用度和磨损形态的影响规律；揭示了粘结磨损、氧化磨损等磨损机理对刀具磨损过程的影响，阐明了切削工艺条件对刀具前后刀面和沟槽磨损的影响机制；建立了三维有限元切削刀具磨损仿真模型，获取了刀具表面物理量（温度、接触压应力、相对速度）分布特征，揭示了温度和接触压力对刀具磨损率的影响规律，阐明了高压射流冷却抑制刀具磨损的影响机制。

（4）开展了Ti₂AlNb金属间化合物切削加工表面形成过程和完整性研究，揭示了切削速度对已加工表面形成过程中温度、应力、应变分布和演变规律，阐明了Ti₂AlNb金属间化合物已加工表面残余应力的形成机理，揭示了切削速度和高压射流冷却条件对已加工表面残余应力、微观组织结构和宏观形貌特征的影响规律。

主要创新点如下：

（1）揭示了切削仿真过程中，材料的流动应力曲线特征对切削变形的影响规律，提出在高应变条件下的损伤速率和应力峰值点的应变量是影响锯齿形切屑形成和形态的关键参量，为调试和修正材料本构模型提供了途径。

（2）提出了基于粒子群算法的材料本构模型参数反求方法，解决了难以获取高应变、高应变率条件下的材料本构模型难题，构建了Ti₂AlNb金属间化合物切削仿真用TANH本构模型，提高了切削仿真精度。

（3）阐明了Ti₂AlNb金属间化合物切屑因三维侧向塑性流动和绝热剪切而产生锯齿形毛边的形成机理，揭示了切削用量与冷却条件对锯齿形毛边形态的影响规律，提出了抑制锯齿形毛边，减小刀具的边界磨损和提高表面质量的工艺方法。

（4）提出了采用高压射流冷却方法抑制Ti₂AlNb金属间化合物切削加工刀具磨损，改善加工表面完整性的工艺措施，阐明了高压射流冷却抑制刀具表面气泡产生，强化切削区换热效果的影响机制，优选了工艺条件，使刀具耐用度提高1倍以上，获得了无白层加工表面，改善了加工表面质量。

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