摘要
钛合金以其高强度、低密度、良好的耐腐蚀以及耐高温特性而广泛应用于航空航天等领域。但是，钛合金硬度大、导热性能差，属于典型的难加工材料。传统的切削加工在防止刀具过度磨损方面，一般采用较低的切削速度而导致切削效率不高。近些年来，高速切削技术(Highspeedmilling，HSM)已广泛应用于难加工材料。采用高速切削技术进行切削加工，在提高切削效率同时，有效改善加工表面质量。研究高速切削过程中切屑、铣削力、切削温度的变化情况便于分析高速切削中表面质量的影响机理。通过分析切削参数对表面质量的影响情况，可以合理选择切削参数以获得较好的加工表面质量。 本文以钛合金TC4(Ti6Al4V)为研究材料，基于直角切削模型以及材料本构模型，对直角切削过程中切屑的形成机理进行分析，建立了考虑速度影响的铣削力模型以及基于移动热源法的工件温度场模型，并基于实验分析了铣削过程中铣削速度对铣削力与工件温度的影响。最后，针对加工表面质量问题，基于正交实验分析了铣削参数对表面粗糙度以及表面显微硬度的影响情况，并通过线性回归分析建立了表面粗糙度的经验公式。 课题的主要研究内容包括: (1)基于平行剪切区模型以及J-C本构模型，研究剪切区应变、应变率、温度以及流动应力变化情况，对锯齿形切屑的形成机理进行分析。根据制成的切屑金相试样，对铣削速度改变引起的切屑微观形貌以及金相组织变化情况进行了研究。 (2)建立考虑螺旋角的铣削力机械模型，基于单因素铣削力实验，分析铣削速度对铣削力的影响，基于线性铣削力辨识模型，获取不同铣削速度下的铣削力系数，对比一般多项式以及幂函数对铣削力系数的拟合效果，得到铣削力系数关于铣削速度的函数表达式，建立了考虑速度影响的铣削力模型。 (3)基于移动热源法建立了考虑螺旋刃的铣削工件温度场模型，并通过铣削过程中热流密度的变化情况，对铣削速度给工件温度造成的影响进行分析。采用热电偶无线温度采集系统记录铣削过程中工件表面温度变化情况。 (4)采用极差法分析正交实验中铣削参数对加工表面粗糙度以及表面显微硬度的影响情况，建立基于线性回归分析的表面粗糙度经验模型，通过F方法检验回归方程因变量与自变量线性关系的显著性。
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