【摘 要】
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单晶高温合金具备优良的耐高温、抗蠕变等特性,不仅在航空航天领域,在光学、生物医学、军事等领域都有着良好的发展前景。单晶高温合金作为一种新型材料,相较于多晶合金,其所制备的零件只存在一个晶粒,消除了晶界的影响,使得两者在机械加工过程存在较大的差异。铣削作为一种重要的机械加工方式,具有生产效率高、加工范围广以及生产成本低等优点。铣削后的表面质量对零件的使用寿命有着重要的影响。本文采用实验和理论相结合的
【基金项目】
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航空发动机单晶零件磨削加工工艺理论与技术基础研究（项目编号:51775100），经费来源:国家自然科学基委，起止年月:2018年1月-2021年12月；
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单晶高温合金具备优良的耐高温、抗蠕变等特性,不仅在航空航天领域,在光学、生物医学、军事等领域都有着良好的发展前景。单晶高温合金作为一种新型材料,相较于多晶合金,其所制备的零件只存在一个晶粒,消除了晶界的影响,使得两者在机械加工过程存在较大的差异。铣削作为一种重要的机械加工方式,具有生产效率高、加工范围广以及生产成本低等优点。铣削后的表面质量对零件的使用寿命有着重要的影响。本文采用实验和理论相结合的方法来探究单晶高温合金的铣削成屑机理及表面完整性。本文开展了 DD5单晶高温合金铣削加工工艺实验研究,同时与GH4169多晶高温合金进行对比。采用仿真与实验相结合的方法对单晶零件铣削加工成屑机理及表面完整性进行探索性研究,得出单晶高温合金的铣削力和表面完整性随铣削工艺参数（铣削线速度、铣削深度和进给速度）和各向异性的变化规律,并对单晶高温合金的切屑形成机理以及切屑形态变化规律、亚表面微观组织作出总结。主要研究内容如下:（1）分析了单晶高温合金的组织结构以及各向异性对合金特性的影响;基于Abaqus仿真软件,建立了二维正交切削模型,完成切屑形成过程的仿真模拟;开展了单晶高温合金在铣削过程中温度场、应力场和应变场的变化规律研究;得出了不同工艺参数对铣削力的影响规律。（2）开展了单晶高温合金铣削加工工艺实验研究,基于正交实验的分析结果,得出铣削工艺参数对铣削力影响的主次顺序;同时设计单因素实验方案进一步探究了铣削工艺参数及各向异性对铣削力的影响规律,并与仿真结果进行对比。（3）开展了单晶高温合金铣削过程的成屑机理研究,以剪切滑移理论为基础,分析了单晶高温合金在不同铣削工艺参数下的切屑形态,并从理论上引入切屑变形程度衡量指标来分析切屑的形成过程。（4）开展了 DD5单晶高温合金铣削加工表面质量研究,分析了铣削工艺参数对DD5单晶高温合金工件表面粗糙度的影响规律,并进行加工参数优化,得出最优铣削工艺参数组合。同时设计单因素实验,分析了铣削工艺参数和各向异性对单晶高温合金表面粗糙度的具体影响规律。（5）开展了 DD5单晶高温合金铣削加工的亚表面变形研究,分析铣削亚表面变形层深度在不同工艺参数下的变化规律;同时研究了单晶高温合金铣削亚表面的显微硬度,采用位错理论对铣削亚表面的硬化现象作出分析;通过扫描电镜观察DD5的铣削亚表面金相组织,对金相组织的变化作出分析,并阐述了单晶高温合金铣削的塑性变形机理。
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