【摘 要】
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钛合金TC4因具有超高的强度质量比和卓越的耐腐蚀性而被广泛应用于航空航天等领域,但TC4化学活性高、导热系数低,导致加工效率低、工件表面质量差。因此,对YG8刀具铣削加工TC4过程进行参数优化,对于提高TC4加工效率和加工表面质量具有重要的理论研究与应用价值。首先,建立TC4铣削加工有限元模型,并通过实验对模型进行验证。基于响应曲面法分析TC4铣削加工过程中铣削速度vc、每齿进给量fz、轴向切深a
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钛合金TC4因具有超高的强度质量比和卓越的耐腐蚀性而被广泛应用于航空航天等领域,但TC4化学活性高、导热系数低,导致加工效率低、工件表面质量差。因此,对YG8刀具铣削加工TC4过程进行参数优化,对于提高TC4加工效率和加工表面质量具有重要的理论研究与应用价值。首先,建立TC4铣削加工有限元模型,并通过实验对模型进行验证。基于响应曲面法分析TC4铣削加工过程中铣削速度vc、每齿进给量fz、轴向切深ap、刀具前角γ0对轴向铣削力Fz和铣削温度T的影响,以Fz最小、T最低和材料去除率Q最大为目标,优化工艺参数。研究结果表明,Fz仿真值与实验值最大相对误差为9.2%,模型准确性较高。当vc=120m/min、fz=0.06mm/z、ap=2.5mm、γ0=17.11°时,Fz=233.44N、T=346.80℃、Q=8388.43mm~3/min。其次,为达到对TC4铣削加工过程中Fz和T预测与控制的目的,利用BP神经网络和卷积神经网络（CNN）建立Fz和T的预测模型。结果表明,Fz和T的CNN模型预测值与仿真值最大相对误差分别为4.97%和3.20%,相较于BP神经网络模型的9.28%和9.09%的最大相对误差,CNN模型具有更高的预测精度。最后,由于TC4高速铣削加工过程中易产生锯齿状切屑,导致铣削力波动变大和加工表面波纹加深。因此,对TC4铣削的切屑形态和表面形貌进行研究,得到铣削速度、切屑形态和表面形貌的对应关系,以便在铣削过程中对锯齿状切屑进行控制,从而提高TC4的加工表面质量。当vc从80m/min增加到240m/min时,工件表面形貌周期性波纹逐渐加深,波纹间距变宽,且伴随韧窝等表面缺陷出现。当vc=200m/min时,锯齿化系数Gs和表面粗糙度值Ra增加缓慢,TC4加工效率较高且表面质量较好。以上研究表明,TC4铣削加工参数优化研究对实际加工TC4零件具有一定的指导意义。图39幅;表22个;参68篇。
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