TC4钛合金高速铣削力研究
钛合金复合层高速切削动力学特性实验研究
钛合金复合层高速切削动力学特性实验研究钛合金复合层高速切削动力学特性实验研究一、引言钛合金由于其优异的性能，如高强度、低密度和良好的耐腐蚀性等，在航空航天、汽车制造和医疗器械等领域得到了广泛应用。
然而，钛合金的加工难度较大，尤其是在高速切削过程中，其动力学特性对加工质量和效率有着重要影响。
因此，对钛合金复合层高速切削动力学特性进行实验研究具有重要的理论和实际意义。
（一）研究背景随着现代工业的发展，对钛合金零部件的需求日益增加，同时对其加工精度和表面质量的要求也越来越高。
高速切削技术作为一种先进的加工方法，可以提高加工效率和表面质量，但钛合金的特殊性能使得其在高速切削过程中呈现出复杂的动力学特性，如切削力、切削温度和振动等，这些特性会影响刀具的磨损和加工精度。
（二）研究目的本实验研究的主要目的是深入了解钛合金复合层高速切削过程中的动力学特性，包括切削力、切削温度和振动的变化规律，分析这些特性对加工质量和效率的影响，并探索优化切削参数以提高加工质量和效率的方法。
二、实验材料与方法（一）实验材料1. 工件材料本实验选用的钛合金复合层材料为[具体型号]，其具有典型的钛合金性能特点，如高强度和良好的耐腐蚀性。
复合层结构由[详细描述复合层结构]组成，这种复合层结构在实际应用中较为常见。
2. 刀具材料刀具选用了[刀具型号和材质]，该刀具具有良好的耐磨性和切削性能，适用于钛合金的高速切削。
（二）实验设备1. 切削机床采用了先进的高速切削机床[机床型号]，该机床具有高精度的主轴系统和稳定的进给系统，可以满足实验对切削速度、进给量和切削深度等参数的精确控制要求。
2. 测量仪器（1）切削力测量采用了[切削力测量仪器型号]，可以实时测量切削过程中的三个方向（X、Y、Z方向）的切削力。
（2）切削温度测量使用了[切削温度测量仪器型号]，通过[测量原理]来测量刀具和工件接触区域的切削温度。
（3）振动测量选用了[振动测量仪器型号]，能够准确测量切削过程中工件和刀具系统的振动情况。
钛合金高速铣削力的试验研究
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１２ 试验条件 ．
试验 材料 ：Ｃ （ ｉＡ４ 。 Ｔ ４ Ｔ６ １Ｖ）
冷却方式 ： 空气油雾冷却。 测力 装 置 ： 用 Ｋ ｓ ｅ ２ ５ 动态 测 力 仪 （ 采 ｉｌ ９ ６ Ｂ ｔｒ 见
试件尺寸 ： ０ ｍ× ３ ｒ ３ ｒ ｌ ｒ ３ａ １０ ｍ× ０ ｍ ａ ａ
果 ， 优化 的高 速 铣 削参 数 条件 下 ， 究 高 速铣 削 在 研
数小 ， 弹性模量小 ， 因此钛合 金刚性差 ， 工时易 Ｔ ４钛合金的铣削力及影响阕素 。 加 Ｃ
变形 ， 加工表 面的 回弹 量 大 ， 成 切 削 时变 形 系 数 造
小， 切削温度高 ， 单位面积上 的切 削力大 ， 冷硬现
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第 ｌ ５卷第 ５期 ２０ ０ ６印 ｌ Ｏ月
淮 阴 工
学 院 学 报
Hale Waihona Puke Ｖ０ ． ５ Ｎｏ ５ １１ ． ０（． Ｏ ６ ２ Ｏ ｔ
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨｕ ｉ ｉ ｎ ｔ ｕ ｅ ０ ｒ ｔ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ａ ｙｎ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ ｒ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｔ ｅ
钛合金 比强度（ 强度／ 密度） 远大 于其 他金属 身手 钛 合金 的高速切 削 是提 高钛合 金加 工效 降低加 工成 本最有效 的方法之一 。钛合金传 结 构材料 ， 强 度 高 ， 温 性 能 好 ， 热 低 因此 使 用 范 围 率 、 宽， 抗腐蚀性能强。这些 突出优 点使钛合 金被广 统 的切削速度一 般在 ５ ｎ ｍｎ以下 ， ０ｒ ｉ ／ 其高速切 削
中图分类 号：Ｇ ０ ． Ｔ ５６ １ 文献标识码 ； Ａ 文章编号 ：０ ９— ９ １ ２０ ）５— ０ ６— ５ １０ ７６ （ ０ ６ ０ ０ ３ ０
TC4钛合金钻削力和钻削温度仿真研究
TC4钛合金钻削力和钻削温度仿真研究田卫军;李郁;何扣芳【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2014(000)021【摘要】In order to improve the machining ability in drilling of TC4 Titanium alloy,TC4 Titanium milling finite element model (FEM)is established with the finite element analysis (FEA)software AdvantEdge. Temperature distribution on the workpiece and the tool were analyzed,and the rule of effect of drilling parameters on drilling force and drilling temperature during processing were ob-tained. The results show that the highest temperature appears on the chip in drilling of TC4 Titanium alloy. With increasing of spindle speed and feed rate,the drilling force is increased,and with increasing of drill bit diameter,the drilling force is decreased. Drilling temperatures are increased along with the increasing of spindle speed,feed rate and drill bit diameter.%为了提高TC4钛合金的可钻削性，采用有限元分析软件AdvantEdge建立TC4钛合金铣削加工有限元模型，分析工件和刀具上的温度分布规律，获得了钻削加工过程中钻削参数对钻削力和钻削温度的影响规律。
TC4钛合金铣削过程预测和表面质量分析的开题报告
TC4钛合金铣削过程预测和表面质量分析的开题报告一、选题背景随着航空、航天、能源等行业快速发展，新材料的需求量也随之增加。
钛合金作为一种优良的航空航天材料，在航空工业、汽车制造、医疗器械制造等领域得到广泛应用。
而钛合金的切削加工一直是加工难点，其高温硬度、切削强度等特点使得钛合金材料极易磨损刀具、造成表面质量问题，降低零件质量。
因此，对钛合金铣削过程的预测和表面质量分析具有重要意义。
如果能够准确预测钛合金铣削过程中刀具与工件的接触区域、产生的力和温度等关键参数，就可以优化铣削工艺参数，有效减少刀具磨损和加工表面质量问题。
同时，表面质量分析可以为优化铣削工艺提供重要的参考，提高加工效率和零件质量。
二、研究内容本研究拟围绕钛合金铣削过程预测和表面质量分析展开工作，具体包括以下内容：1. 钛合金铣削过程仿真模型建立。
以钛合金为实验材料，建立其铣削过程的数学模型，并利用ANSYS等有限元分析软件进行仿真。
2. 钛合金铣削过程参数预测和优化。
基于仿真模型，预测钛合金铣削过程中的主要切削参数，包括切削力、切削温度、刀具磨损等，进而优化铣削参数，减少刀具磨损和加工表面质量问题。
3. 钛合金铣削表面质量分析。
根据铣削加工表面情况，采用一定的表面评价指标和方法进行表面质量分析，建立表面质量模型，为优化铣削工艺提供参考。
4. 实验验证。
以钛合金为研究对象，进行铣削加工实验，对仿真预测结果和表面质量分析进行实验验证，完善仿真模型和表面质量模型。
三、研究意义本研究旨在预测钛合金铣削过程中的关键参数，优化铣削工艺参数，提高零件加工表面质量，具有重要的现实意义和应用价值。
同时，本研究可为钛合金等难加工材料的铣削加工提供参考，对航空、航天、能源等领域的发展具有积极意义。
高速切削TC4有限元数值模拟研究
磨损，机技术，发展。
Komanduri ［1切失稳理论。
Iwata ［2］建立一个刚塑性有限元模型，模拟了切屑的厚度以及切屑的卷曲。
Obikawa 和Baker ［3-4］采用几何分离准则，并在预先定义分离线的情况下，仿真出连续锯齿状切屑。
上述研究有的以单一变量为研究对象，有的采用与实际加工有较大差距的几何分离准则，对实际加工没有借鉴意义。
以TC4的切削过程为研究对象，采用与实际加工过程相近的物理分离准则，更好地得到了材料弹塑性流动趋势。
仿真结果的提出忽略了刀具与工件之间温度场的影响。
故研究锯齿状切屑［5-8］。
它源于塑围环境基本一致，塑性硬化占主导地位；第二阶段随着塑性硬化的下降和应变软化的增加，材料呈现二者的平衡状态；最后一个阶段因为材料的导热性差，进一步引起材料的局部塑形剪切失稳。
由于高速切削，热量没有时间传递出去，加剧了这种情况的发生。
本研究利用绝热剪切理论来生成锯齿状切屑。
周期性断裂理论认为锯齿状切屑的形成是由于从工件自由表面向切削刃扩展一定距离的周期性整体断裂造成的。
高速切削TC4有限元数值模拟研究郭磊1，吴红兵2（1.太原科技大学，山西太原030000；2.浙江大学宁波理工学院，浙江宁波315100）摘要利用有限元分析软件，研究刀具高速切削钛合金时锯齿状切屑的形成过程。
模型采用绝热剪切准则，有效解决了锯齿状切屑形成的问题。
仿真模拟了刀具在不同切削深度以及不同切削速度的情况下，参数的改变对切削过程的影响。
结果表明，锯齿状切屑的形成与绝热剪切有关。
关键词锯齿状切屑；高速切削；绝热剪切；钛合金中图分类号TH16文献标识码Ａ文章编号1004-244X （2013）02-0088-04Abstract The studied with finite element effectively solved.The influence that the formationof saw⁃tooth Key words 收稿日期：2012-11-02；修回日期：2013-02-25作者简介：郭磊，男，硕士研究生。
钛合金TC4深孔钴削切削用量的试验研究
概而论 ， 研 究 材 料 的特 性 （ 括 材 料 的力 学 性 应 包
能、 切削 加工性 等 ） 选择 相 应 的 刀片 材 料 。针对 钛 ， 合金 的切 削特性 ， 对刀具 材料本 身 的要求 ， 及 现选用
Ｙ 作 为刀 齿材料 。 Ｇ８ ２ ２ 刀 具结构 和几 何参数 ． 刀具 的结 构和 几何角 度Ｌ 如 图 １ 示 。 ５ 所
（ ｐ ｔ ｅ ｔｏｆＭ ｅ ｈａ ｃ ｌＥｎ ｎ ｅ ｉ ｇ，Ｘｉ ｎ Ｓ ｙｏｕ Ｕ ｎ ｖ ｒ ｉｙ，Ｘｉ ｎ ７ ００ Ｄｅ ａｒｍ ｎ ｃ ｎｉａ ｇｉｅ ｒｎ ＇ ｈｉ ｉ ｅ ｓｔ ａ １ ６５，Ｃｈｉ ） ａ ｎａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｕ ｙ ｏ ｕ ｔ ｇ ｐ ｏ ｅ ｔｅ ｆ ｉａ ｉ ｍ ｌ ｙ，ａ ｄ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｔ ｅ ｔ ｒ ｓ ｏ ｉ ｉｕｔ ｔ ｃ ｉ ｓｒ ｃ ： ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｄ ｆ ｔｉ ｒ ｐ ｒｉｓ ｏ ｔ ｎｕ ａ ｌ ｃ ｎ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｉｓ ｆａ ｕ ｅ ｆｄ ｆ ｃ ｌ ｏ ｍａ ｈ — ｆ
点 。 本 次 试 验 中 取 主 轴 转 速 为 ２ ０ ｒｍｉ 、 ３ ／ ９ ／ ｎ ２ ０ ｒ ｍｉ、 ９ ／ ｎ进 行 优 化 ； 削 用 量 为 ０ ０ ｎ １ ０ｒｍｉ 切 ． ５ｍｍ／ 、 ｒ
或 ＹＴ５ 硬质合 金刀 片 ； 类 而外齿和 中间齿 由于切 削
速度较 中心齿 高（ 尤其 是外 齿） 应 选用 硬度好 、 ， 耐磨
［］阮秋琦．数字 图像处 理学［ ． ４ Ｍ］ 北京 ： 电子工业 出版社 ，
２ ４． ００
械 的研 究 。
收 稿 日期 ： ０ ９ ４月 ２ 日 ２０ 年 ３
EBM成型TC4钛合金研究进展
EBM成型TC4钛合金研究进展EBM（Electron Beam Melting）是一种先进的金属添加制造技术，已被广泛应用于制造高性能的钛合金材料。
TC4钛合金是一种具有优异机械性能、耐热性能和耐腐蚀性能的常见钛合金。
本文将介绍EBM成型TC4钛合金的研究进展。
近年来，随着EBM技术的不断发展和改进，研究人员对于EBM成型TC4钛合金进行了广泛研究。
研究集中在材料性能优化、成型工艺优化和微观组织控制等方面。
对于材料性能的优化，研究人员通常从合金元素的选择和配比入手。
通过添加适量的合金元素，如铝、钒等，可以显著提升材料的耐热性能和机械性能。
通过调节成型工艺参数，如成型温度、速度和气氛等，也可以改善材料的力学性能和表面质量。
成型工艺的优化是研究人员关注的焦点之一。
在传统的EBM成型过程中，容易出现制品形状失真、表面粗糙度高和残余应力增加等问题。
为了解决这些问题，研究人员尝试采用预加热、气氛调控和快速冷却等工艺措施。
通过合理选择工艺参数，可以有效降低成型过程中的残余应力，提高制品的力学性能和表面质量。
微观组织的控制也是研究人员关注的热点。
TC4钛合金具有复杂的相转变行为，因此微观组织的控制对材料性能的影响非常重要。
研究人员通过调节成型工艺参数和合金元素的配比，成功实现了TC4钛合金的细晶化和相组织的均匀分布。
这些改进可以显著提高材料的塑性变形能力和疲劳寿命。
EBM成型TC4钛合金的研究进展取得了显著的成果。
通过优化材料性能、成型工艺和微观组织，可以制备出具有优异性能的TC4钛合金制品。
目前仍存在一些问题，如成本高、成型速度慢等。
未来的研究方向应进一步降低成本、提高成型效率，以促进EBM技术在TC4钛合金制造中的应用。
TC4-DT钛合金切削加工参数研究
TC4-DT钛合金切削加工参数研究
殷志碗;郝宇;陈伟伦;王东伟;苏楠
【期刊名称】《江苏建筑职业技术学院学报》
【年(卷),期】2024(24)1
【摘要】针对YG8和TiAlN涂层硬质合金两种刀具,通过单因素车削、低速铣削及正交高速铣削加工试验,探究刀具切削工艺参数对TC4-DT钛合金加工件表面粗糙度、表层硬度的影响规律。
实验结果表明:钛合金的表面粗糙度随着切削三要素发生变化,切削速度越高,粗糙度越低;进给量越大,粗糙度越大;但随切削深度波动变化。
使用TiAlN涂层硬质合金立铣刀进行加工得到的平均表面粗糙度小于YG8硬质合金立铣刀,且加工表面硬度变化更小,更适合用于TC4-DT的铣削加工。
【总页数】6页(P59-63)
【作者】殷志碗;郝宇;陈伟伦;王东伟;苏楠
【作者单位】扬州工业职业技术学院智能制造学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG50
【相关文献】
1.粗加工切削参数对钛合金多工步加工过程的影响
2.基于钻削性能试验的3D打印钛合金加工切削参数研究
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２０１３年１０月 第４１卷第１９期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ Ｔ０ＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｏｃｔ．２０１３
Ｖ０１．４１ Ｎｏ．１９
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１３．１９．００１ ＴＣ４钛合金高速铣削力研究
刘军伟 ，武导侠 ，姚倡锋 （１．陕西光伏产业有限公司，陕西西安７１００７５； ２．西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安７１００７２）
摘要：钛合金高速铣削因具有高效率、高质量的优点，被广泛应用于航空航天制造业。为了研究高速铣削参数对钛合 金高速铣削力的影响，利用专业金属切削加工有限元软件ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ，对ＴＣ４钛合金高速铣削过程进行二维模拟仿真，建 立了高速铣削ＴＣ４钛合金时铣削力的预测模型，获得了不同铣削参数对铣削力的影响规律，并对仿真结果进行了试验验 证。结果表明：高速铣削ＴＣ４钛合金的铣削力比较小，基本不超过１００ Ｎ，铣削力最大值达到１４０ Ｎ；铣削合力对铣削宽度 的变化最为敏感，对铣削速度和铣削深度变化的敏感次之，对每齿进给量最不敏感。研究结果为优化高速铣削工艺提供理 论分析和试验依据。 关键词：钛合金；高速铣削；铣削力 中图分类号：ＴＧ５４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３８８１（２０１３）１９—００１—６
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ ｆｏｒ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｔｉ＿６Ａｌ４Ｖ ＵＵ Ｊｕｎｗｅｉ ．ＷＵ Ｄａｏｘｉａ ．ＹＡＯ Ｃｈａｎｇｆｅｎｇ （１．Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ Ｓｈａａｎｘｉ ７ １００７５，Ｃｈｉｎａ：２．Ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｘｉ’ａｎ Ｓｈａａｎｘｉ ７ １００７２。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｖｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｆｏｒ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｉ ｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ，ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＣ４ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ａ ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ ｍｅｔａｌ—ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｏｆ ＴＣ４ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｗｅｒｅ ｏｂ— ｔａｉｎｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ＴＣ４ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｍａｌｌ，ｎｏｔ ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ １００ Ｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂｉｇｇｅｓｔ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｒｅａｃｈｅｓ １４０ Ｎ．Ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｓ ｍｏｓｔ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｌｌｉｎｇ ｄｅｐｔｈ，ｓｅｃｏｎｄａｒｉｌｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｌｌｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｗｉｄｔｈ，ａｎｄ ｎｏ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅｅｄ ｐｅｒ ｔｏｏｔｈ．Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｄａｔａ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｎ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｍｉｌｌｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ；Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｍｉｌｌｉｎｇ；Ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ
钛合金以其密度小、强度高、耐高温、抗腐蚀性 好等特点，在航空、航天、航海、汽车及其他行业得 到了广泛的应用。但由于钛合金导热系数低、弹性模 量小、化学活性大，使得钛合金切削加工性较差，主 要表现在切削温度高、变形系数小、单位面积切削力 大，在切削刃附近，冷硬、粘刀现象和刀具磨损都很 严重 。 有限元方法最早被应用在切削工艺的模拟是２０ 世纪７０年代，与其他传统的方法相比，它大大提高 了分析的精度。ＬＡＪＣＺＯＫ 建立了一个简化的正交切 削模型，在不考虑切屑生成的条件下从实验中得到了 切屑的几何形状和切削力。ＳＴＲＥＮＫＯＷＳＫＩ等 用有 限元法建立了金属的正交切削模型，忽略了工件的弹 性变形，模拟了切屑形成，得到了工件、切屑和刀具 中的温度场分布。ＭＡＲＵＳＩＣＨ等 开发了动态显示 代码求解切削过程的本构方程，同时实现了网格的自 适应，模拟了连续切屑和断裂切屑的成形。Ｌａｒｓ ＯＬＯＶＳＳＯＮ等。。 用任意拉格朗日欧拉方程来解决切屑 断裂时网格畸变的问题，但此模型中未考虑温度和应 变率的影响。ＤＩＲＩＫＯＬＵ 用弹一塑性分析，在不预 设切屑与刀具接触的情况下，模拟了正交切削加工过 程中的切屑流动规律。 随着高速铣削在金属特别是合金加工中的广泛应 用，人们对高速铣削的研究也在不断进步。由于钛合 金在工业中各个领域的应用越来越普遍，因此钛合金 高速铣削加工技术也在逐渐深入。ＦＡＮＧ等 对高速
收稿日期：２０１２—０９—２５ 基金项目：国家自然科学基金（５０９７５２３７，５１００５１８４）；国家科技重大专项（２０１３ＺＸ０４０１１０３１） 作者简介：刘军伟（１９７０一），男，工学硕士，工程师，研究方向为ＣＡＤ／ＣＡＭ、机械结构设计。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｊｗ＠ｓｎｐｖ．ｅｏｍ。 第１９期 刘军伟等：ＴＣＡ钛合金高速铣削力研究 表３正交实验方案
１８０ １６０ Ｚ １４０ ｌ２０ 芝１００ ８０ ６０ ４０
２ｓ §２０ － １５
ｌ０
６０ ● 。
２０
０ ０．２ ０．４ ０．６ ｍｇ （＿）第１组铣削参数仿真（ ＝ｌ３８．２Ｎ，Ｆｙ＝９４．１ Ｎ）
０ ０．２ ０．４ ０．６ Ｕｒｎｓ
０ ０．２ ０．４ ０．６ ｔ／ｍｓ （ｅ）第５组铣削参数仿真（ 一７５．９Ｎ，Ｖｖ：４Ｓ．３Ｎ）
０ ０．２ ０．４ ０．６ ｆ／ｍｓ （ｇ）第７组铣削参数仿真（ ＝１０５．２Ｎ，Ｆ，＝８９．７Ｎ）
２结果与讨论 ２．１铣削力仿真结果分析 图４为不同加工参数下的铣削力仿真结果。在铣 削力仿真图中，选取铣削状态比较稳定的合适的区 间，在该区间内选取各个峰顶铣削力和峰谷铣削力， 并分别求得它们的平均值，最终得到铣削力 方向和 方向的两个分力。
ｌ００ ８０ － 墨６０
４０ ２０
：： ９０ 茎
６０ ＳＯ
０ ０．１ ０．２ ０．３ ０．４ ０．５ ｔ／ｍｓ （ｂ）第２组铣削参数仿 ‘（ ＝６３．４ Ｎ，Ｆ￣－３９．４ Ｎ）
０ Ｏ．０Ｓ ０．１ ０．１Ｓ ０．２ ｔｉｍｓ
０ ０．０５ ０．１ ０．１５ ０．２ ０．２５ ｔ／ｍｓ （ｆ）第６组铣削参数仿真（ ＝２９．４Ｎ，Ｆ，＝ｉｓ．６Ｎ）
０ ０．２ ０．４ ｌｌｍｓ （ｈ）第８组铣削参数仿真（Ｆｘ＝１１５．９ Ｎ，
０ ０．２ ０．４ ０．６ ｔｉｒｏｓ （ｉ）第９组铣削参数仿真（ ＝１０６．３ Ｎ，￣：－Ｔｓ．８ Ｎ）
图４不同铣削参数下的铣削力仿真
０．６ ７９Ｎ）
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枷Ⅲ姗ⅢｍⅢ鲫・４・ 机床与液压 第４ｌ卷 根据表３的加工参数和铣削仿真的合力数据，利 用多元线性回归的方法建立了ＴＣ４钛合金仿真铣削 力的预测模型，如式（１）所示。由此可见仿真得 到的铣削合力对铣削宽度的变化最为敏感，对铣削 速度和铣削深度变化的敏感次之，对每齿进给量最 不敏感。 Ｆ＝０．０４ｖＩ ，『。 ｒ上０ ．９５０。１印 （１） 仿真加工参数（铣削深度、每齿进给量、铣削 深度、铣削宽度）对铣削力的影响如图５所示。由 图５可知，ＴＣ４钛合金在高速铣削中铣削力是比较小 的。铣削力随铣削速度的增大呈先增大后减小的趋 势。当铣削速度从２５１ ｍ／ｒａｉｎ变化到３１４ ｍ／ｍｉｎ时， 铣削力由８４ Ｎ急剧增大到１１５ Ｎ；而当铣削速度超过 ３１４ ｍ／ｍｉｎ时，铣削力趋于稳定并有略微减小。切削 速度对切削力的影响，主要看两方面综合作用的结 果：一方面，断续切削会产生较大的切削力冲击和动 态切削力，同时材料硬化会也导致剪切区变形抗力增 加；另一方面，切削速度上升导致切削温度上升，使 被加工材料软化，从而使切削力会减小。在相对较低 的切削速度下，铣削温度的升高不明显，由温度升高 所引起的工件材料的软化也不明显，主轴转速的提高 会导致切削力一定程度的上升；而当切削速度较高 时，切削温度升高显著，由温度升高造成的工件材料 强度下降也较为严重，而此时切削力的冲击和动态切 削力的数值也相应地有较大幅度的增加。 Ｚ 如 裹 嘏 蝰 ２５ｌ ３７＂／０．０３ ０．０７ ０．１ Ｏ．３ ６ ９ ３１４ ０．０５ ０．２ ７．５ ｖＪ（ｍ・ｒａｉｎ。 ）ｆ，／（ｍｍ・ｚ－１） ％／ｍｍ ａｅ／ｍｍ 图５仿真加工参数对铣削力的影响 图５中铣削力随着每齿进给量的增加呈先增大后 减小的趋势。当每齿进给量为０．０５ ｍｍ／ｚ时，铣削力 达到最大值１２７ Ｎ。这主要是因为刀具在 方向的受 力主要包括：前刀面受到弹性压力以及塑性压力在 方向上的分力和前、后刀面受到的试件表面摩擦力在 方向上的分力。刀具在Ｙ方向上的受力主要包括： 前刀面所受到弹性压力和塑性压力在Ｙ方向上的分 力，后刀面所受到Ｙ方向的弹性压力和塑性压力，以 及前刀面所受到的摩擦力在Ｙ方向上的分量。每齿进 给量增加，材料流过前刀面的质量增加，切削面积增 大，刀具前刀面所受到的弹性压力和塑性压力增大， 导致了在 方向和Ｙ方向的分力以及前刀面所受到的 摩擦力增大。Ｙ方向的分力增大又引起后刀面摩擦 力增大，所有这些力都直接或间接地导致刀具在 方向的受力增大。在Ｙ方向上，每齿进给量增加， 刀具前刀面所受的弹性压力和塑性压力增大，这增 大了其向下的分力和前刀面的摩擦力。但是，向下 的分力与摩擦力向上的分力相互抵消，使Ｙ方向上 的力变化不大。 铣削力随着铣削深度的增大呈直线上升趋势，当 铣削深度由０．１ ｍｍ增加到０．３ ｍｍ时，铣削力由６３ Ｎ急剧增大到最大值１４３ Ｎ。这主要是因为当切削深 度很小时， 方向和Ｙ方向受到的切削力都很小，随 着切削深度的增大，， 与Ｆ 的值都成比例地增大。 随着切削深度的增加，所要切削的材料厚度增加一定 值而切削力也相应增加一定值，说明了单位材料厚度 切削所需的切削力是一个定值，切削厚度越大，所需 要的切削力越大。 铣削力随着铣削宽度的增加呈先减小后增大趋 势。当铣削宽度由６ ｍｍ增大到７．５ ｍｍ时，铣削力 从８８ Ｎ减小到８２ Ｎ，当铣削宽度从７．５ ｍｍ增加到９ ｍｍ时，铣削力从８２ Ｎ急剧增加到１３５ Ｎ。这是因为 随着切削的进行，切削温度上升，导致材料软化，由 于切削宽度不同，温度对材料软化影响不同。切削宽 度小，切削余量受温度影响明显，材料软化严重，所 需要的切削力逐渐减小。所以随着切削的进行切削宽 度小的试件，切削力逐渐降低，当切削量在６～７．５ ｍｍ时，温度在材料的扩散和切削达到一个均衡状 态，软化现象的影响和铣削速率趋于相等，处于平 衡状态，所需的切削力维持稳定。而当切削宽度超 过一个能保持稳定平衡的区域时，材料切削余量相 对过大，切削温度对材料软化不够迅速，切削速率 快于温度对材料的软化作用，所以所需的切削力不 断上升。 ２．２铣削力实验结果分析 图６为不同加工参数下的铣削力实验结果。在通 过高速铣削实验所测得的铣削力图中，选取铣削状态 比较稳定的合适的区间，在该区间内选取各个峰顶铣 削力和峰谷铣削力，并分别求得它们的平均值，最终 得到铣削力 方向和Ｙ方向的两个分力。