球墨铸铁具有较高的强度、韧性和耐磨性,导致切削过程中温度高,刀具磨损严重。发动机箱体和缸盖等大尺寸平面的铣削加工,既要求高的表面质量,又要求高的加工效率与刀具寿命,传统切削加工技术难以满足要求。超密齿铣削可以在显著提高加工效率的同时,提高加工质量并更好地发挥设备效能。球墨铸铁超密齿铣削性能研究和工艺参数的优化,对实际加工生产具有重要的指导意义。本文针对球墨铸铁大平面铣削加工效率低,加工质量不稳定,表面几何特征表征不完善等问题,开展超密齿高速铣削性能及铣削表面几何特征研究,特别是针对用于高功率密度发动机箱体和缸盖的球墨铸铁的高效、高质量铣削技术研究。本文的主要研究内容和成果如下:(1)通过平面铣削切削刃轨迹分析和铣削试验,研究了QT400-15铣削表面粗糙度影响因素和切削刃数量对铣削性能的影响。结果表明:大直径盘铣刀更适合高速铣削和超密齿铣削,可以得到较小的加工表面粗糙度;增加切削刃数量会导致切削力显著升高,其受到切削系统刚性和主轴功率限制。(2)通过变切削刃数量铣削试验和超密齿铣削试验,研究了切削刃数量对平均每齿铣削力的影响和超密齿铣削材料变形及刀具磨损机理。超密齿铣削的平均每齿铣削力较常规铣削未增加,但切削力振幅有所增加;切削刃数量的增加使得由于球状石墨引起的切屑边缘的毛刺减小,切削过程更稳定;铣削球墨铸铁的刀具失效形式为后刀面粘结磨损,增加切削刃数量可以显著提高刀具寿命和铣削效率。(3)对面铣表面粗糙度影响因素进行了建模分析,研究了超密齿铣削表面几何特征的形成机制,并用分形维数和表面粗糙度对其进行了表征。结果表明:切削刃跳动误差对表面粗糙度的影响不可忽略;铣削表面不同位置和方向的几何特征和残余应力存在较大差异,增加切削刃数量可以降低表面粗糙度和残余拉应力,增大分形维数。(4)通过超密齿铣削正交试验,综合考虑铣削效率、加工性能和加工表面质量等因素,针对球墨铸铁大平面超密齿铣削进行了工艺优化,得到了高效、高质量的切削参数组合,并对表面粗糙度值进行了回归分析。