球头铣刀结构参数对钛合金铣削表面完整性的影响

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1、球头铣刀结构参数对钛合金铣削表面完整性的影响★EffectofBall-EndMillingStructuralParametersonSurfaceIntegrityforTitaniumAlloyMilling西北工业大学任军学姚倡锋田卫军梁永收杨碧琦【摘要】针对硬质合金球头铣刀铣削钛合金TCl7，研究了不同刀具结构参数对表面粗糙度、表面形貌、残余应力和微观组织的影响。结果表明：刀具参数选择前角％=8。，后角a0=120，螺旋角胪35。，可获得最好的表面完整性，表面粗糙度为0．40I-tm，x向残余压应力为324MPa，Y向残余压应力

2、为218MPa，表层组织无明显变化。关键词：钛合金表面完整性刀具结构参数【ABSTRACTlAimingatmillingTC17titaniumal-loymaterialswithcarbideball-endmill，effectsofdifferentball—endcutterstructuralparametersonsurfaceroughness，surfacemorphology,residualstressandmicro-organiza-tionsarestudied．Theresultsshowthatwhent

3、herake‰=80，flankao=12。andhelixangle卢=350，thebestsurfaceintegrityfortestpiecescanbeobtained．Thesurfacerough-nessisaboutO．401xrn，theresidualcompressivestressinxdirectionis324MPa，theresidualcompressivestressinYdirectionis218MPa．Andsurfaceintegritydoesn’tobri-ouslychange．Keyw

4、ords：TitaniumalloySurfaceintegrityStructuralparametersofbaH-endmilling在航空发动机整体叶盘、机匣以及飞机的关键件中大量采用具有比强度高、热强度好、耐腐蚀等优良特性的钛合金材料，但此类航空结构加工的一个共同特点就是材料切削加工性差，具有切削温度高、单位面积上的切削力大、冷硬现象严重、刀具易磨损等问题，这些会对已加工表面的完整性造成不利影响，如表面粗糙度影响零件表面的耐磨性、抗腐蚀性、零件配合性质及疲劳强度和表面层的冷作硬化、尤其针对薄壁件，残余应力极易引起变形，使零件产生

5、疲劳断裂，影响零件使用寿命。·国家自然科学基金(50975237)、国家科技重大专项(2009ZX04014—053)、国家科技支撑计划(2008BAF32810)、西北工业大学科技创新基金(2008KJ02018)、教育部重大项目(309026)资助项目。因此，十分必要开展钛合金加工表面完整I生的研究。国外对钛合金切削加工的表面完整性进行了积极的研究，Che—Haron【l也1对车削钛合金的表面完整性进行了研究，结果表明已加工表面存在微观组织的变化和显微硬度的增加。Rao【31对高速切削钛合金的表面粗糙度进行了研究，随着转速的提高表面粗

6、糙度略有提高。Sridha【4j对铣削钛合金残余应力进行了研究，结果表明在切削速度为11-56m／min内残余应力基本处于压应力状态，且随铣削参数变化规律不能用线性来描述。国内史兴宽等陋1发现在钛合金高速切削条件下所获得的已加工表面粗糙度和残余应力明显低于常规速度。大量研究表明，目前关于钛合金切削加工表面完整性的研究比较零散，多集中在切削用量等方面，对刀具几何参数对表面完整性的影响规律和机理研究还需要继续进行深人的分析和探讨。本课题以球头铣刀的刀具参数为着眼点，针对TCl7钛合金的精密铣削。展开精加工过程中刀具几何角度对表面完整性影响试验

7、研究，为TCl7钛合金航空结构件的精加工提供加工参数选择依据。1钛合金铣削试验与表面完整性测试1．1钛合金铣削试验本课题主要分析铣削过程中球头铣刀几何参数对TCl7表面完整性的影响。为了反映球头刀实际切削状态，试验方案规划如图1(a)所示，将整个试件分割成A、曰、C、D区4个加工区域，各加工区域对应的刀具几何参数如表1所示。铣削在JOHNFORDVMC一850三坐标加工中心进行，采用顺铣，乳化液冷却方式，试验现场如图1(b)所示。铣削参数在保证相同铣削速度诈=110m／min的条件下进行选择，切削试验采用8把4齿整体硬质合金刀具，刀具直径

8、为咖5、西7、毋10，对应主轴转速选择为：n口7=5000r／rain，ntIo=3500r／rain，甩西5=7000r／min；侧吃刀量选为口e=0．3ram，背吃刀量为口n=0．2mm；