基于刀具和工件刚度特性的钛合金薄壁件切削稳定性研究

摘要

钛合金因其优越的综合性能而被广泛应用于航空航天领域，但钛合金的难加工特性一直是加工领域研究的重点，尤其是钛合金薄壁件。薄壁零件大都是由整块毛坯加工而成，材料的去除率可达到95％，有的甚至达到98％。由于薄壁件的诸多优势，如重量轻、结构强度高等特点，航空工业中大量的零件采用薄壁结构，且薄壁件的设计厚度也越来越薄。但钛合金薄壁件的加工存在诸多问题，如让刀、振动等，其相对刚度较低，加工工艺性差，在动态切削力的激励下很容易发生颤振，切削振动是制约钛合金薄壁件高效加工的关键问题之一。
　　 本文以铣削钛合金薄壁件为研究对象，通过理论分析、有限元仿真以及实验分析相结合的方法，建立了钛合金薄壁件铣削条件下的切削力模型，在现有的薄壁件模型基础上建立了考虑刀具刚度和工件刚度的动力学模型，分析了顺铣和逆铣条件下的刀具-工件位移关系，建立了刀具-工件之间的相对传递函数;基于模态试验，分析了悬伸对刀具动态特性的影响，分析了壁厚以及不同位置对钛合金壁板类零件动态特性的影响，绘制了不同刀具悬伸、不同工件壁厚以及考虑刀具刚度和工件刚度的切削稳定性极限图，并进行了试验验证;建立了钛合金薄壁件有限元模型，分析了壁厚以及加工步对单框类零件动态特性的影响规律，在确定单框切削参数以及加工步的基础上，分析了加工顺序对多框类零件动态特性的影响规律;基于AdvantedgeProductionModule软件建立了基于铣削稳定性的钛合金薄壁件工艺路径规划模型，并进行工艺路径仿真。