刀具几何参数对钛合金铣削力和表面完整性的影响

谭靓张定华姚倡锋任军学

西北工业大学,西安,710072

摘要:针对TC18钛合金铣削过程,采用正交试验研究了硬质合金刀具几何参数对铣削力和表面完整性的影响,建立了铣削力经验模型,并分析了铣削力对刀具前角二后角和螺旋角的绝对灵敏度和相对灵敏度;采用田口法分析了刀具几何参数对表面粗糙度和表面残余应力的影响三结果表明:大前角二小后角二大螺旋角的条件下铣削力较小,铣削力对刀具螺旋角的变化最敏感,对后角次之,对前角最不敏感;铣削表面均为残余压应力,刀具螺旋角对表面粗糙度的影响显著,刀具后角对表面残余应力的影响显著三

关键词:钛合金;刀具几何参数;铣削力;表面完整性

中图分类号:TG714 DOI :10.3969/j .issn.1004132X.2015.06.006Influence of T ool Geometrical Parameters on Millin g Force and Surface Inte g rit y in Millin g Titanium Allo y Tan Lian g Zhan g Din g hua Yao Chan g fen g Ren Junxue Northwestern Pol y technical Universit y ,Xi ’an ,710072Abstract :With re g ard to the millin g p rocess of TC18,the effect of tool g eometrical p arameters on millin g force and surface inte g rit y were studied based on ortho g onal ex p erimental method.An em p iri -cal model of millin g force was built ;the absolute and relative sensitivities of millin g force with res p ect to rake an g le ,clearance an g le and helix an g le were anal y zed ;the effects of tool g eometrical p arame -ters on surface rou g hness and surface residual stress were investi g ated b y Ta g uchi method.The results show that the millin g force is small in the case of bi g rake an g le ,small clearance an g le and bi g helix an g le ;the millin g force is more sensitive to helix an g le than clearance an g le ,least sensitive to rake an -g le ;com p ressive residual stress can be detected on all the machined surface ;the helix an g le has si g nifi -cant effects on surface rou g hness ,the clearance an g le has si g nificant effects on surface residual stress.Ke y words :titanium allo y ;tool g eometrical p arameter ;millin g force ;surface inte g rit y

收稿日期:20140418基金项目:国家科技重大专项(2014ZX04012013)0 引言TC18(Ti ‐5Al ‐5Mo ‐5V ‐1Cr ‐1Fe )钛合金是20世纪60年代末前苏联开发的一种高强度钛合金,属于典型的(α+β)型钛合金,具有强度高二韧性好二淬透性好和可焊接等优点[1],被广泛用于制造机身机翼和起落架装置受力件二操纵系统接头

及紧固件,也可用于制造工作温度不高于350°C 的发动机风扇盘和叶片等[

2]三但是,钛合金是一种典型的难加工材料,在加

工过程中具有变形系数小二单位面积切削力大[

3]二切削温度高[4]二刀具磨损严重[5]二冷却润滑效果差[6]等问题三上述问题会影响构件的加工表面完整性,甚至在表面留下加工刀痕二划伤或冶金缺陷等,造成构件局部应力集中,导致表面裂纹的萌生

与扩展,进而影响构件的疲劳性能和服役性能三

在钛合金切削加工过程中表面完整性的优劣与刀

具性能有着密切的联系,而可供选择的刀具材料

主要为硬质合金,因此研究刀具几何参数对钛合

金铣削加工性能以及表面完整性的影响是十分必

要的三

目前国内外学者针对刀具几何参数对切削

力二切削温度和表面完整性的影响进行了大量的

仿真和试验研究三W y en 等[7]针对Ti6Al4V 钛合金正交切削过程,研究了刀具刃口圆弧半径对切

削力的影响三Hu g hes 等[8]针对车削Ti6Al4V 钛合金,研究了不同刀具材料和几何参数对刀具寿命和表面完整性的影响三L óp ez de Lacalle 等[9]推荐铣削加工Ti6Al4V 钛合金的后角范围为18°~20°,认为此时加工过程切削力较小三Shirase 等[10]针对可变螺距立铣刀铣削过程,通过对切削力的数值分析,建立了数学模型并进行

了验证,得出变距立铣刀可以减小振动和表面误

差的结论三王洪祥等[11]对Ti6Al4V 钛合金铣削过程进行了有限元分析,研究了切削力和切削温度随刀具角度变化的规律,表明当刀具前角为10°~20°,后角为12°~20°,螺旋角为30°~45°时比较适合Ti6Al4V 钛合金的铣削三吴红兵等[12]采用正交切削数值模拟与试验相结合的方法,研究了高速车削Ti6Al4V 钛合金过程中刀具几何参

数对切削力的影响规律三林琪等[13]采用有限元

四737四刀具几何参数对钛合金铣削力和表面完整性的影响

谭靓张定华姚倡锋等