钛合金切削力和表面粗糙度试验研究.pdf

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1、学术论文RESEARCH钛合金切削力和表面粗糙度试验研究丁悦，王焱，刘畅。向颖(中航工业北京航空制造工程研究所，北京100024)【摘要】在对TC4．DT钛合金进行铣削试验的基础上，从切削力和刀具失效的角度研究了铣削刀具适配}生，根据优选刀具的试验结果建立了表面粗糙度预测模型，分析了铣削参数对表面粗糙度的影响规律。结果表明：在选定的刀具条件下，无涂层、大刀尖圆弧半径和刀齿数少的刀具适合切削TC4．DT钛合金；铣削宽度对表面粗糙度影响最大；铣削深度和铣削宽度对表面粗糙度的综合影响呈马鞍面趋势。关键词：钛合金；铣削；切削力；刀具失效；表面粗糙度Experi

2、mentalStudyonCuttingForceandSurfaceRoughnessWhenMillingTitaniumAHoyDINGYue，WANGYan，LIUChang，XIANGYing(AVICBeijingAeronauticalManufacturingTechnologyResearchInstitute，Beijing100024，China)IABSTRACTlAseriesoftestsareconductedbymillingTC4一DTtitaniumalloyforinvestigatingcuttingforcea

3、ndsurfaceroughness．Asurfaceroughnessmodelisestablishedusingtheselectedcuttingt001．Thustherelationshipbetweensurfaceroughnessandmillingparametersisanalyzed．TheresultsshowthatitissuitableforcuttingTC4一DTtitaniumalloybyanuncoatedcarbidecuttingtoolwithlargercomerradiusandlessnumbero

4、fflute．Inaddition，widthofcuttinghasthegreat—estinfluenceonsurfaceroughness．Moreover,thevariationtendencyofsurfaceroughness，whichisinfluencedbytheinter-actionbetweendepthandwidthofcutting，isasthesaddlesurface．Keywords：Titaniumalloy；Milling；Cuttingforce；Cuttingtoolfailure；Surfacer

5、oughnessDOI：10．16080a．issnl671-833x．2016．06．088钛合金由于具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点，广泛地应用于航空航天发动机结构中⋯。其中，TC4一DT钛合金是我国结合纯净化熔炼技术和新型的B热处理工艺技术而研发的新型中强度高损伤容限型钛合金，该合金具有很高的韧性、低的疲劳裂纹扩展速率、优异的焊接性能、优良的工艺性能和较低的成本等综合性能，特别适合制造飞机大型整体框梁类重要承力构件12l。但是，从切削加工性能的角度来看，TC4一DT钛合金是典型的难加工材料，其导热性能差、化学活性高、弹性模量小、加工硬化严重

6、，使得切削速度低、刀具寿命短、加工效率低下13"410本研究以TC4一DT钛合金为研究对象，采用科学试验和理论分析相结合的方法，研究铣削刀具材料和铣削参数与切削力之间的关系，并分析特定刀具材料下的铣削表面粗糙度，为合理选择TC4一DT钛合金铣削参数提供依据。所示。试验机床为桥式龙门铣床，最高转速4000r／min，最大扭矩为950N·m。采用水基冷却液顺铣方式进行铣削试验，首先测量不同刀具和铣削参数下的切削力，然后根据试验结果测量铣削表面粗糙度。采用单因素试验方法进行钛合金切削力试验，铣削参数为：每齿进给量Z=0．08mm／z、铣削深度ap-2mm、铣

7、削宽度c／e--amm、铣削速度v，=20—80m／min。切削力采用Kistler9257B型测力仪测量，由于铣削力随铣削时间波动，取铣削周期内的平均铣削力进行分析。试验刀具为陕西硬质合金厂生产的硬质合金螺旋刃立铣刀，刀具型号如表2所示。钛合金表面粗糙度试验采用四因素四水平正交试验【51，各因素及其水平如表3所示。试验刀具根据切削力试验结果选择。选用表面粗糙度采用时代公司的TR220粗糙度仪测量表面粗糙度，在不同的3个位置重复5次测量。1试验方案2结果分析工件材料为TC4一DT钛合金，化学元素含量如表12．1切削力分析88航空制造技术·2016年第6

8、期学术论文RESEARCH(e)刀具2(无涂层、刀尖圆弧半径r,=3mm、刀齿数N=3)图2铣