高速切削鈦合金薄壁件表面完整性及型面變形預(yù)測(cè).pdf

1、航空航天制造業(yè)作為制造業(yè)最重要的組成部分，代表了一個(gè)國(guó)家最高制造水平和技術(shù)實(shí)力。現(xiàn)代飛機(jī)、航天器等航空航天產(chǎn)品大量采用輕量化的高強(qiáng)度、薄壁零件來(lái)降低自身重量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比。可以預(yù)見(jiàn)，隨著航空航天工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，薄壁零件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，質(zhì)量需求也會(huì)進(jìn)一步提高。鈦合金具有耐高溫、耐腐蝕性好、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)代飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料之一，并且其用量比重呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在美國(guó)某些軍用飛機(jī)中，鈦合金材料的用量已達(dá)40％以上

2、，其中，又以TC4鈦合金(Ti-6Al-4V)為代表的α+β相鈦合金的應(yīng)用最為普遍。
　　 為了滿(mǎn)足零件的使用性能及可靠性，航空航天鈦合金薄壁件對(duì)已加工表面質(zhì)量、加工精度及加工效率要求很高。受鈦合金材料小變形系數(shù)、低導(dǎo)熱率、高化學(xué)活性及高表面缺陷敏感性等物理性能，以及薄壁結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的剛度低、切削振動(dòng)大、加工工藝性差等因素影響，目前國(guó)內(nèi)此類(lèi)零件的整體加工水平不高，其中又以零件表面完整性與面形精度問(wèn)題最為突出，已成為制約航空航天產(chǎn)品研

3、制開(kāi)發(fā)進(jìn)程的重要瓶頸。高速切削加工技術(shù)正以其高效率、高精度、高表面質(zhì)量等突出優(yōu)點(diǎn)，已逐步成為美國(guó)波音、休斯公司，歐洲空客公司等大型飛機(jī)制造企業(yè)中鈦合金薄壁件的主流加工技術(shù)，表現(xiàn)出蓬勃的生機(jī)。為此，本文進(jìn)行如下研究：
　　 通過(guò)分析鈦合金膜盤(pán)切削加工表面形成過(guò)程，建立了考慮刀具振動(dòng)的高速切削鈦合金膜盤(pán)表面形貌模型，進(jìn)行了表面形貌仿真研究；通過(guò)表面粗糙度、表面形貌測(cè)試實(shí)驗(yàn)，對(duì)表面形貌的仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；在表面形貌建模與仿真基礎(chǔ)上，基

4、于遺傳算法，以已加工表面粗糙度和切削效率為目標(biāo)，進(jìn)行高速切削鈦合金膜盤(pán)切削參數(shù)優(yōu)化，建立鈦合金膜盤(pán)切削參數(shù)優(yōu)化及形貌仿真系統(tǒng)。
　　 針對(duì)鈦合金膜盤(pán)不同夾緊方式，依據(jù)材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)、計(jì)算力學(xué)，進(jìn)行了夾緊力、切削力引起的鈦合金膜盤(pán)型面扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形的力學(xué)解析計(jì)算，并與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)了不同夾緊方式、夾緊力和切削力作用下鈦合金膜盤(pán)型面變形精度預(yù)測(cè)，同時(shí)為鈦合金膜盤(pán)的夾緊方式優(yōu)化和工裝型面設(shè)計(jì)提供了力學(xué)理論基

5、礎(chǔ)。
　　 將實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)值模擬相結(jié)合，研究了已加工表面殘余應(yīng)力變化規(guī)律，重點(diǎn)分析了加工過(guò)程中殘余應(yīng)力釋放引起的變形；通過(guò)鈦合金材料表面顯微硬度的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了已加工表面硬化的評(píng)價(jià)指標(biāo)變化范圍；進(jìn)行了表面變質(zhì)層深度、金相組織、晶格、硬度及微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化的SEM測(cè)試與理論分析。通過(guò)對(duì)上述表面物理性能參數(shù)變化規(guī)律的理論與實(shí)驗(yàn)研究，獲得了切削參數(shù)對(duì)高速切削鈦合金表面物理性能的影響規(guī)律，為進(jìn)一步提高鈦合金材料、鈦合金薄壁件已加工表面質(zhì)量