摘要
GH4169的耐高温、抗热疲劳等性能优异，被广泛用于航空航天工业。在加工过程中，GH4169切削力大、加工硬化严重等特点会导致加工表面形貌变粗糙，而加工表面形貌影响零部件的疲劳性能、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。铣削加工作为传统加工方式，可实现各种平面、型腔、台阶、沟槽等特征结构的加工。因此研究GH4169在顺序铣削过程中的表面形貌形成机理并进行表面形貌仿真，可为GH4169的实际生产提供理论指导，优化生产工艺来提高零部件的加工表面质量。 本文对GH4169顺序铣削过程开展研究，以铣削表面形貌为研究目标，以表面初始形貌和加工硬化层为研究因素，通过理论建模、试验研究、模型仿真与数理统计分析，分析当前工步铣削过程中铣削力和表面形貌随表面初始形貌和加工硬化层的变化规律，揭示表面初始形貌和加工硬化层对铣削表面形貌的影响机理，探究顺序铣削过程中的表面形貌形成机理，阐述顺序铣削加工参数与表面粗糙度之间的映射关系。 首先，基于工件加工硬化程度，提出铣削分层模型将工件材料进行分层，并考虑加工表面初始形貌的影响，修正瞬时切削厚度模型，建立了变切削力系数的铣削力模型。通过对不同表面初始形貌和工况下的铣削力仿真与试验验证，结果表明:粗糙初始表面形貌和加工硬化层会加大铣削难度，增大铣削力，建立的铣削力预测模型可对顺序铣削中铣削力的变化规律及数值进行有效预测。 其次，基于铣削过程的运动学和动力学原理，将加工表面初始形貌和加工硬化层的影响等效为刀具振动对切削刃运动轨迹的影响，建立了切削刃实际运动轨迹方程。运用Z-MAP算法，建立了顺序铣削过程三维表面形貌预测模型，模型的预测相对误差在20％以下。两工步顺序铣削验证实验阐述了表面初始形貌对铣削表面形貌的正相关影响规律以及加工硬化层对铣削表面形貌的显微硬度梯度变化影响机理。 最后，根据工件表面初始加工硬化状态，建立实验组与对照组进行正交铣削试验，通过统计学分析，阐述顺序铣削过程中，不同加工硬化程度下，切削用量对表面粗糙度的影响规律变化，并建立表面不同初始加工硬化状态下的表面粗糙度预测模型。结果发现:对于无初始加工硬化的对照组，径向切削深度和进给速度为显著影响因素，而对于有初始加工硬化的实验组，径向切削深度和切削速度为显著影响因素。建立的考虑表面不同初始加工硬化状态的表面粗糙度模型的预测结果与实际有较好的一致性，可以实现GH4169顺序铣削表面粗糙度的准确预测。
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