TC4合金薄壁件銑削力的試驗研究

馬 濤 孫會來 賀龍宇

(天津工業大學機械工程學院 天津 300000)

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TC4合金薄壁件銑削力的試驗研究

馬 濤 孫會來 賀龍宇

(天津工業大學機械工程學院 天津 300000)

對TC4合金薄壁件銑削力進行了四因素四水平的正交試驗研究。對獲得的銑削力的實驗數據進行極差分析。總結得出不同的銑削加工參數對主銑削力的影響規律：隨著銑削深度，進給量，銑削寬度的增加，主銑削力呈增大趨勢。而隨著銑削速度V的增加呈減小的趨勢。為進一步銑削參數優化奠定理論基礎。

TC4合金薄壁件;銑削參數;銑削力試驗

一、引言

鈦合金因具有輕質量，較高的強度，抗腐蝕性等優良的材料性能[1]。在各領域應用廣泛尤其是航空制造業方面。鈦合金材料特性符合航天制造業實際加工生產要求[2]。然而鈦合金屬于典型的難加工材料[3]。具有以下幾個特性：(1)鈦合金材料的強度硬度，實際加工所使用的刀具需有好的銑削性能。故銑削加工的條件要求比較高；(2)銑削加工中，鈦合金材料的熱傳導性能不好，加大了銑削加工過程中產生的銑削熱量。增大了鈦合金材料加工難度；(3)鈦合金材料易與空氣中的化學成分發生反應。產生冷硬現象，在加工表面形成了高硬度層[4]。當今制造領域對于鈦合金，大部分使用整體式數控銑床進行銑削加工[5]。在實際數控加工過程中，考慮到綜合效益等問題，往往采用的比較低效率的銑削參數[6]。這些都使得薄壁零件加工效率減低。結合上述問題，對鈦合金薄壁件銑削加工過程中銑削力的研究，具有重要的意義。

二、TC4合金薄壁件銑削加工的銑削力正交試驗

(一)正交試驗設計

本文試驗材料是TC4合金，其組成成分為Ti-6Al-4V，屬于(α+β)型鈦合金。比強度大，熱導率低[7]。其化學成分如下表2-1：

表2-1 TC4的化學成分表

(二)試驗設備條件

試驗中采集切削力信號的系統裝置為Kistler9257A測力儀。其工作原理將銑削力信號轉換為電子信號，經過電荷放大器放大，通過數據采集卡得到具體的數值。銑削力試驗的機床是漢川XK714D數控立式加工中心。

(三)銑削正交試驗的結果及分析

對上述正交試驗采集相應的X、Y、Z三個方向的銑削力值。因為TC4合金薄壁件的銑削加工過程中主要受力是X方向的主銑削力。故對主銑削力的試驗數據進行極差分析[8]如下表2-2所示。

表2-2 正交試驗結果及極差分析

對實驗數據進行極差分析，得出各銑削參數對銑削力的影響曲線如圖2-1所示：

圖2-1 銑削參數對主銑削力的影響

進一步分析不同銑削參數下曲線的走勢并總結規律如下：隨著銑削深度，進給量，銑削寬度的增加，主銑削力呈增大趨勢。其中影響程度依次是：銑削深度>銑削寬度>進給量。但是主銑削力隨著銑削速度V的增加呈減小的趨勢。

三、結論

對TC4合金薄壁件銑削力的正交試驗所得的數據結果進行極差分析。擬合出不同銑削參數下主銑削力的曲線，分析曲線走勢并總結出如下規律：TC4合金薄壁件銑削加工過程中隨著銑削深度，進給量，銑削寬度的增加，主銑削力呈增大趨勢。其中影響程度依次是：銑削深度>銑削寬度>進給量。但是主銑削力隨著銑削速度V的增加呈減小的趨勢。對銑削參數與銑削力之間關系的研究，為進一步銑削參數的優化研究奠定了理論基礎。

[1]彭明玉.飛機復合材料損傷機理及適航評定技術研究[D].南京:南京航天航空大學,2008.

[2]仇啟源、龐思勤等.現代金屬切削技術[M].機械工業出版社,1992.

[3]JOHNSON G R,Cook W H.A constitutive model and data for metals subjected to large strains,high strain rates and high temperatures[C].Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics.1983,21:541-547.

[4]楊榮福、董申金屬切削原理.北京:機械工業出版社。1988，79,912.

[5]席萍,王占禮,李靜,等.薄壁件銑削加工中的銑削力仿真分析[J].制造業自動化,2014,36(17):3-6.

[6]陳國三,黃曉華,陳龍高,等.鈦合金Ti6Al4V高速銑削三維有限元仿真分析[J].組合機床與自動化加工技術,2016(2016年04):43-46.

[7]陸濤,向國齊,張敬東.鈦合金Ti6Al4V高速銑削分析與仿真[J].組合機床與自動化加工技術,2015(5):149-151.

[8]吳貴生.正交試驗設計及回歸分析.河北煤炭建筑工程學院，1989

馬濤(1990.12-)，男，漢族，山西呂梁人，碩士，天津工業大學，研究方向：TC4合金薄壁件銑削加工工藝優化。