微织构球头铣刀铣削钛合金表面质量优化研究.doc

微织构球头铣刀铣削钛合金表面质量优化研究钛合金具有比强度高、硬度高、耐蚀性好等优良性能不仅成为现代航空航天工业中不可缺少的结构材料,而且还被广泛的应用在医疗、机械、船舶等领域。但是随着钛合金的应用范围越来越广,其切削加工表面质量并不理想。因此,针对钛合金切削过程中导热系数小、粘刀等缺点,本文以硬质合金微坑织构球头铣刀为研究对象,研究了微坑织构参数对表面质量的影响关系,为进一步优化微织构刀具介观几何特征奠定基础。首先,对微织构球头铣刀铣削钛合金进行了理论分析,并且探究了钛合金已加工表面的形成过程。为了获得微织构球头铣刀合理的微织构参数,建立微织构球头铣刀三维几何模型,对其微织构球头铣刀铣削过程利用数值模拟软件Deform进行有限元仿真分析。分析了微织构球头铣刀介观几何特征参数对切削力和切削温度的影响规律。并且以切削力和切削温度为评价标准,优选出微织构刀具的介观几何特征最佳参数范围。然后,通过微织构球头铣刀铣削钛合金试验研究,获得了已加工表面粗糙度、表面残余应力、表面加工硬化等试验数据,探寻了微坑织构参数对已加工表面质量的影响规律,并且对铣削机理进行了分析。研究了微织构刀具与无织构刀具铣削钛合金表面质量的影响规律。综合以上试验数据,建立了微织构球头铣刀铣削钛合金已加工表面质量预测模型。最后,分别以钛合金已加工表面粗糙度、残余应力、加工硬化为高速铣削钛合金参数优化目标,通过有限元仿真优选出的微坑织构参数范围为约束条件,建立高速铣削钛合金参数优化的多目标优化模型。通过MATLAB遗传算法工具箱得到了微织构参数优化结果。并且通用微织构球头铣刀铣削钛合金的试验,验证了优化结果准确性。