随着科技发展和国家战略的需要,特种合金的制备成为了各国争相研究的重点。钛合金(Ti-6Al-4V)以其低密度、高强度和热稳定等优良的特性被广泛应用于各个领域。然而,Ti-6Al-4V也存在硬度不足和导热系数低等一些缺陷,这些缺陷导致了Ti-6Al-4V零部件易出现表面磨损失效和疲劳断裂,并限制了其在各领域的进一步应用。因此,为了探究Ti-6Al-4V的表面摩擦磨损性能和加工特性,本文采用有限元和人工神经网络为主的方法,首先在准静态条件下开展了Ti-6Al-4V微纳米划痕过程,之后考虑材料的应变率效应,在动态条件下开展了Ti-6Al-4V椭圆振动切削过程的研究。主要内容包括以下两个方面:(1)在研究材料表面摩擦磨损属性方面,摩擦系数是表征材料表面接触属性的一个重要参数。不同于宏观尺度,在微纳米尺度下犁沟效应不可忽视,材料的摩擦系数不仅与表面粗糙度和表面润滑相关,还与其弹塑性变形相关。在研究划痕参数、划痕形貌和摩擦系数之间关系的过程中,首先通过微纳米压痕、划痕实验获得了Ti-6Al-4V准静态本构方程以及剪切摩擦系数;然后进行了大规模的划痕过程有限元仿真;最后基于有限元仿真结果构建了人工神经网络模型,并分析了划痕参数、划痕形貌和摩擦系数之间的关系。分析结果表明划痕深度、弹性回复高度、犁沟堆积高度和犁沟摩擦系数随压头钝圆半径的增大而减小,并且钝圆半径越小,其变化越明显;划痕深度和弹性回复高度与剪切摩擦系数无关,但犁沟堆积高度和犁沟摩擦系数与剪切摩擦系数成正比关系;所建立的人工神经网络模型准确预测了划痕参数的变化引起的划痕形貌和摩擦系数数值上的改变,以及犁沟摩擦系数与划痕形貌、压头钝圆半径和剪切摩擦系数之间的数学关系。(2)在研究材料加工特性方面,切削力为评价材料切削加工性能的一个重要指标。不同于普通切削,在椭圆振动加工过程中切削力会随着刀具的椭圆振动出现一定的反向特性。在研究振动和切削参数与切削力之间关系的过程中,首先基于文献实验建立了Ti-6Al-4V椭圆振动车削有限元模型;接着进行了不同振动和切削参数条件下的大规模Ti-6Al-4V椭圆振动切削仿真;最后,基于有限元仿真结果,采用单因素方差分析,回归分析和人工神经网络对振动和切削参数与切削力之间的关系进行评估和分析。有限元分析结果表明在椭圆振动切削过程中,主切削力随着振动频率,横向和纵向振幅的增加而减小,但随着切削速度的增加而增加;正进给抗力和负进给抗力随着频率,横向振幅的增加而减小,但随着纵向振幅和切削速度的增加而增加;单因素方差分析结果显示在95%的置信水平上,振动和切削参数对切削力都有显著的影响影响,并且横向振幅为影响主切削力、正进给抗力和负进给抗力的最主要因素,影响百分比分别为69.56%,66.03%和62.83%。;相比回归模型,神经网络能够更好地预测切削力与振动和切削参数之间的数学关系,主切削力、正进给抗力和负进给抗力的神经网络模型的决定系数分别为0.999,0.995和0.995。