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TC4钛合金铣削过程预测和表面质量分析

彭东彪  
【摘要】:TC4钛合金有着强度高、耐高温性好和耐腐蚀性强等其它金属所不具有的优良特性,这些突出的优点使钛合金广泛应用于航空、航天、航海和医疗等众多领域。但是它们的热传导率低、弹性模量小和化学活性高的特点也造成了它们的切削力大,加工效率低和振动剧烈的缺陷。为了研究钛合金的加工,本文在切削实验的基础之上,实现了动、静态切削力预测、切削稳定性预测和表面质量预测的材料加工特性分析方法,并在此基础之上进行了基于遗传算法的切削参数优化。 基于钛合金的正交铣削实验建立了钛合金切削力预测的指数模型,并对切削参数对切削力的影响趋势进行了分析,同时在不同结构、涂层的刀具铣削钛合金实验的基础之上,对铣刀刀尖圆角和涂层材料对钛合金切削力的影响进行了分析,为钛合金加工中参数和刀具选取提供了一定的理论指导。建立了动态切削力仿真模型,提出了一种基于小范围直线逼近的切削力系数辨识方法,得到了在不忽略刃力的情况下的动态切削力系数,提高了钛合金切削力仿真的精度。在动态切削力仿真的基础之上,进一步研究了切削系统的切削稳定性,对钛合金加工系统进行了平稳切削区域预测,得到了不同切削参数下的极限稳定图。利用二次曲面响应法建立了钛合金表面粗糙度与切削参数之间的关系模型,对各个切削参数对表面粗糙度的影响趋势进行了分析。同时基于遗传算法进行了以最大材料去除效率为目标的切削参数优化。 本文针对钛合金加工过程进行的相关研究,在一定程度上丰富了钛合金加工理论,为制定优良的钛合金加工方案、选取合理的切削参数和提高钛合金加工效率等提供了有力指导。


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