前言:
鈦合金是一種難加丁材料,由于材質強度高、熱傳
導率低、高溫條件下化學活性高等特性,在鉆孔過程中易出現川口毛刺、刀具易磨損、切削力大以及孔表面粗糙等質量缺陷。其中,孔徑表面粗糙是常見的質量缺陷,但其由于獨特的抗腐蝕性、耐溫、輕質、韌性好、原材料豐富等優點而被廣泛用于航空航天、艦艇船舶、汽車、發動機%領域1。螺旋鐵孔(Helical milling hole,HMH)作為一種新型精湛丁藝,廣泛用于高端制造業,尤其對于鈦合金等難加丁材料是一種丁藝利器,最早由TeNshrff教授在1994年提出,一般分為便捷式和自動HMH裝置2。對于HMH切削技術,國外學者有較深人的研究:Whirmem等3對HMH技術進行了闡述并實證波音飛機上的應用;Ni等4基于HMH加工機理提出在動力學方面的研究;Denkena等5針對鈦合金板材疊層結構研究了T.藝參數對切削力及孔徑精度的影響規律;Fangmann等6通過大量實驗,發現HMH技術對于傳統切削具有切削力小、切削溫度低及毛刺少等優點。國內江躍東等7對鈦合金孔壁表面完整性的影響規律進行了研究;王豐超等8研究了 HMH 丁藝參數對于孔加丁質量的影響。針對參數優化問題,國內外較多學者采用單策略或單算法,如正交試驗法'模擬退火算法9、遺傳算法1(]\粒子群優化算法_11_進行了深人研究;但也有學者采用多種組合改進算法,如Chen等f將H00KE-JEEVES模式搜索與模擬退火算法進行了結合。Saravanan等13采用模擬退火算法和遺傳算法對切削用量進行研究;謝書童等14采用基因修復與懲罰函數兩種策略解決車削參數優化問題。此外,在切削參數優化方面也有新研究,如Yan等15首次將切削能耗考慮在內,利用灰色關聯分析和曲面響應法對其進行尋優。作者針對難加工材料鈦合金HMH切削參數優化問題,采用帕累托遺傳算法和正交試驗法兩種策略解決切削參數優化問題,首先在分析螺旋銑切削原理的基礎上提出優化目標,建立參數優化數學模型;其次用帕累托遺傳算法求解該模型,獲得一組優化解集,在此基礎上運用正交試驗法檢驗優化模型預測精度,最后對鈦合金切削加丁實證研究,驗證遺傳算法優化解集的嚴謹性和正確性,進而分析切削參數對孔表面質量的影響,最終確定切削參數優化結果并通過實證分析獲得了驗證,為滿足航天丁業對鈦合金結構件裝配孔的質量控制提供了數據依據。
針對難加丁材料鈦合金切削加丁,目前流行采用螺旋銑孔切削T.藝,其是一種孔加丁技術,丁作方式屬偏心加丁,即刀具中心軌跡走螺旋線而不是直線,這種丁_作方式有利于散熱和排屑,能顯著降低軸向切削力。工件在加工過程中,刀具因機械摩擦影響切削軔性,易造成相變磨損,可通過調節偏心對孔徑進行偏差補償,并且還可減少換刀次數,延長刀具使用壽命,即用一把銑刀加T.不同直徑的孔,在提高刀具使用效率的同時,還能降低切削成本,提高加&效率\鈦合金切削過程由自轉運動、公轉運動和向下沿軸向進給運動共同作用完成一個切削過程。HMH切削示意圖,如圖1所示。對于HMH而言,上述三#運動并非孤立,而是有一定的內在關聯,圖中%表示轉軸向切深,簡稱軸向切削深度;刀真宣徑,認表tk加.T.件孔直徑,兩_之^,表疋刀#■中心偏移量,因有加丁要求確定,所以不做邊量考慮。當刀具直徑A一定時,螺旋銑孔切削.T藝由軸向切削深度ap、切削速度%、每齒切向進給量/參數確定。上述3個變量之間存在的內在關系C=/(%,/;,ttp),表示切削效率函數。
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結束語:
1) 辦集中分布于0.40?0.55 pm,滿足航空工業對
鈦合金裝配孔的精度要求。
2) 合理選擇切削參數不僅受到切削系統自身多個因素的影響,還受加工要求的約束,通過分析切削參數對刀具切削壽命、孔表面粗糙度和切削功率的影響,表明切削參數的選取具有內在關聯性。
3)在保證辦通8 pm的前提下,選擇合理的切削參數,有利于延長刀具使用壽命和提高切削績效,避免在較大范圍內基于經驗認知選取切削參數的做法。
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