高速切削鈦合金薄壁件表面完整性及型面變形預測.pdf

1、航空航天制造業(yè)作為制造業(yè)最重要的組成部分，代表了一個國家最高制造水平和技術(shù)實力。現(xiàn)代飛機、航天器等航空航天產(chǎn)品大量采用輕量化的高強度、薄壁零件來降低自身重量，提高發(fā)動機的推重比?？梢灶A見，隨著航空航天工業(yè)的進一步發(fā)展，薄壁零件的應用越來越廣泛，質(zhì)量需求也會進一步提高。鈦合金具有耐高溫、耐腐蝕性好、比強度高等優(yōu)點，已成為當代飛機和發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)材料之一，并且其用量比重呈逐漸增長的趨勢。在美國某些軍用飛機中，鈦合金材料的用量已達40％以上

2、，其中，又以TC4鈦合金(Ti-6Al-4V)為代表的α+β相鈦合金的應用最為普遍。
　　 為了滿足零件的使用性能及可靠性，航空航天鈦合金薄壁件對已加工表面質(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)、低導熱率、高化學活性及高表面缺陷敏感性等物理性能，以及薄壁結(jié)構(gòu)導致的剛度低、切削振動大、加工工藝性差等因素影響，目前國內(nèi)此類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題最為突出，已成為制約航空航天產(chǎn)品研

3、制開發(fā)進程的重要瓶頸。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，已逐步成為美國波音、休斯公司，歐洲空客公司等大型飛機制造企業(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。為此，本文進行如下研究：
　　 通過分析鈦合金膜盤切削加工表面形成過程，建立了考慮刀具振動的高速切削鈦合金膜盤表面形貌模型，進行了表面形貌仿真研究；通過表面粗糙度、表面形貌測試實驗，對表面形貌的仿真結(jié)果進行驗證；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，進行高速切削鈦合金膜盤切削參數(shù)優(yōu)化，建立鈦合金膜盤切削參數(shù)優(yōu)化及形貌仿真系統(tǒng)。
　　 針對鈦合金膜盤不同夾緊方式，依據(jù)材料力學、彈塑性力學、計算力學，進行了夾緊力、切削力引起的鈦合金膜盤型面扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形的力學解析計算，并與有限元仿真結(jié)果進行對比分析，實現(xiàn)了不同夾緊方式、夾緊力和切削力作用下鈦合金膜盤型面變形精度預測，同時為鈦合金膜盤的夾緊方式優(yōu)化和工裝型面設計提供了力學理論基

5、礎(chǔ)。
　　 將實驗測試與數(shù)值模擬相結(jié)合，研究了已加工表面殘余應力變化規(guī)律，重點分析了加工過程中殘余應力釋放引起的變形；通過鈦合金材料表面顯微硬度的實驗研究，獲得了已加工表面硬化的評價指標變化范圍；進行了表面變質(zhì)層深度、金相組織、晶格、硬度及微觀結(jié)構(gòu)變化的SEM測試與理論分析。通過對上述表面物理性能參數(shù)變化規(guī)律的理論與實驗研究，獲得了切削參數(shù)對高速切削鈦合金表面物理性能的影響規(guī)律，為進一步提高鈦合金材料、鈦合金薄壁件已加工表面質(zhì)量