微织构球头铣刀铣削钛合金刀具寿命优化研究.doc

微织构球头铣刀铣削钛合金刀具寿命优化研究钛合金作为一种高性能的合金材料,在化工、航空、船舶、医疗器械等各个领域得到了广泛的应用。在铣削加工钛合金的中,由于钛合金材料的导热系数低、弹性模量低、高温下化学活性大,而且切屑与前刀面的接触长度极短,切削时产生的热不易传出,集中在切削变形区和切削刃附近的较小范围内,加工时切削刃口处会产生极高的切削温度,将大大缩短刀具寿命。在硬质合金球头铣刀上制备合理的微坑织构,能够有效改善刀具的切削加工性能,延长刀具寿命。本论文依托于国家自然科学基金(项目编号:51375126)“刀具介观几何特征抗磨损机理及其对钛合金高速铣削表面完整性影响规律研究”,研究微织构刀具铣削钛合金的刀具磨损特性,对比分析了不同织构参数球头铣刀的切削力及刀具磨损特性,采用多目标优化的方法,对微织构刀具高速切削钛合金的刀具寿命进行优化。首先,基于粘结摩擦理论,分析微织构的置入对刀具切削加工性能的影响机理,进行相应的铣削试验,分析微织构刀具与无织构刀具高速铣削钛合金过程中切削力随着切削行程的变化规律,采用显微镜观测球头铣刀前、后刀面的磨损随着切削行程的变化情况,分析微织构刀具的能谱,讨论微织构球头铣刀切削钛合金减磨抗磨机理分析。其次,采用有限元仿真软件Deform-3D建立不同织构参数的球头铣刀铣削钛合金的三维仿真模型,完成相应的前处理及后处理操作,分析了不同织构刀具的切削温度、刀具磨损情况,研究微织构参数对刀具切削加工性能、刀具磨损情况及刀具磨损机理的影响规律,采用极差分析,完成对织构参数的初步优选。最后,采用多目标优化的方法,建立了以微织构参数为设计变量,以刀具前、后刀面磨损为目标函数的多目标优化模型,分析合理的微织构参数达到在保证加工质量的基础上降低刀具磨损、延长刀具寿命。对优化结果进行了试验验证,证明了优化结果的可靠性。