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Ti40阻燃钛合金是我国为解决航空发动机“钛火”问题而研制的β相Ti-V-Cr系钛合金,它在航空发动机机匣零件中具有广阔应用前景。Ti40阻燃钛合金属于典型的难加工材料,切削加工效率低、工具寿命短、加工成本高是制约该类材料应用的重要原因。有鉴于此,本文以Ti40阻燃钛合金材料及其机匣型槽为加工对象,开展了Ti40阻燃钛合金材料的高效铣削加工技术研究,阐明了工具、工艺、冷却等关键问题,据此获得了机匣型槽粗加工端铣与精加工侧铣的优化工艺,为实现Ti40阻燃钛合金材料及其机匣零件的高效加工提供了理论和技术支持。 本文完成的主要研究工作及取得的创新成果如下: (1)Ti40阻燃钛合金的铣削加工性评价。对比研究发现,Ti40阻燃钛合金的铣削加工性远差于TC4钛合金,其主要原因在于Ti40阻燃钛合金的铣削温度更高,从而导致刀具寿命短;通过三类七种刀具的对比铣削加工,优选出适合加工 Ti40阻燃钛合金的刀具为 Ti(C,N)-Al2O3复合涂层硬质合金刀具;在此基础上,进一步发现油冷浇注有利于提高Ti40阻燃钛合金粗加工端铣的刀具耐用度,而低温喷雾射流更适宜于精加工侧铣。 (2)Ti40阻燃钛合金铣削刀具失效机理研究。粗加工端铣Ti40阻燃钛合金时,前刀面月牙洼磨损、裂纹、后刀面沟槽磨损、涂层材料的贝壳状崩落以及微崩刃是Ti(C,N)-Al2O3复合涂层硬质合金刀具主要的失效形态,而严重的沟槽磨损是刀具快速磨损的重要原因。同时,也阐明了低温喷雾射流冷却比油冷浇注更有利于提升精加工侧铣刀具耐用度的原因,以及PCD刀具在精加工侧铣Ti40阻燃钛合金过程中的主要失效机理。 (3)Ti40阻燃钛合金粗加工端铣的工艺优化研究。对比铣削实验发现,正弦变进给可比常规进给、线性变进给更加有效地提高粗加工端铣的刀具耐用度。同时,确定了影响正弦变进给加工效果的主要因素及其优化值(包括每齿进给量变化幅值、变化周期时间、每步持续时间等),阐明了变进给铣削Ti40阻燃钛合金过程中的刀具磨损行为。在此基础上,提出了粗加工端铣机匣型槽的优化工艺,并与原工艺进行了对比分析,展现了新工艺的优势。 (4)Ti40阻燃钛合金精加工侧铣的工艺优化研究。采用响应曲面法对影响低温喷雾射流冷却效果的因素进行了分析,优化液体流量为83mL/min。同时,研究发现 Ti(C,N)-Al2O3复合涂层硬质金刀具精加工侧铣Ti40阻燃钛合金的优化切削温度为437℃,由此确定了不同的工艺参数组合。在此基础上,提出了Ti40阻燃钛合金机匣型槽精加工侧铣的优化工艺参数;与原工艺相比,新工艺可在确保加工表面粗糙度前提下显著提升精加工效率。