钛合金铣削加工过程时滞-磁滞动力学建模与分析

在航空发动机叶轮叶片的加工材料中，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点被广泛的应用。本项目以钛合金材料为加工对象，综合考虑铣削过程时滞与磁滞效应，建立铣削过程时滞-磁滞混合动力学模型，基于再生核函数理论，通过线性算子的作用构造一组基给出该时滞-磁滞微分方程的半解析解，并分析不同工艺参数下系统稳定性和动态加工误差。以上述的铣削加工动力学模型和分析为基础，建立颤振稳定边界曲线和动态加工误差约束的工艺参数优化模型并优化求解，获取无颤振高性能加工工艺参数，从而为航空发动机叶轮叶片铣削加工工艺参数优化提供完善的理论依据。本项目的研究对于理解铣削加工过程中颤振的本质、准确的预报加工过程中的稳定性及动力学方程的计算方法上具有重要的学术意义。

本项目以钛合金Ti6AL4V为加工对象，经过三年时间的研究按照研究计划，完成了项目的研究内容，并达到了预期的目标，发表论文7篇，其中SCI 检索１篇， EI检索４篇，申请发明专利１项（已受理），培养硕士研究生2名。本项目的主要研究内容如下：.（1）在简单加载条件下，通过钛合金Ti6AL4V拉伸实验和扭转实验数据推导了多维应力应变钛合金本构关系，实验表现出钛合金独特的弹塑性性质。.（2）本项目用四齿端铣刀具进行铣削实验。在主轴速度不变的条件下，分析了选择不同的切削参数和刀具几何角对切屑的影响。结果表明，切屑粗糙程度随着进给率的增加而增加，但随着小的轴向、径向切削深度而减少。.（3）在稳定性理论研究上提出了一种新的辐角稳定性判别法。将状态方程统一的记成中立型矩阵方程形式，用拉氏变换得到特征方程，通过计算特征方程的辐角变化量来判别动力系统的稳定性。该方法计算简单有效，这种新的判别法对加工稳定性理论具有重要的理论意义。.（4）本项目推广了全离散法，给出了n阶全离散法计算公式。利用推导的计算公式给出了过程阻尼模型的单自由度、两自由度的稳定性Lobe图。.（5）本项目综合考虑工件的材料特性，刀具结构模态耦合效应，过程阻尼中产生的磁滞现象建立了一个新的铣削加工时滞-磁滞动力系统模型，并用实验验证了该模型的可靠性。.（6）钛合金的材料特性表明切削深度、切削宽度的变化对切削力的影响是显著的。事实上，在加工过程中，材料特性、切削深度、刀具等各种因素都将对切削力产生影响，本文建立了带有时滞-磁滞现象加工动力系统的一般模型，分析了过程阻尼模型、磁滞模型的加工本质，该模型为揭示加工动力系统的本质，解释各种动力系统模型提供了有力的保障。.（7）加工中的切削速度、进给率等加工参数的合理匹配可以对整体叶轮叶片的表面粗糙度加工到抛光水平。本项目中研究了整体叶片的五轴加工，通过切削实验研究了切削速度、进给量对粗糙度的影响，从而为获得较优的加工参数达到较高的表面质量提供了研究方法。