钛合金Ti6Al4V铣削加工过程阻尼模型稳定性预报

杜 红， 黄胜勇

(黑龙江科技大学 理学院，哈尔滨150022)

0 引 言

钛合金具有强度高，耐蚀性、耐热性好等特点，被广泛应用于航空发动机叶轮叶片等部件。钛合金的弹性模量为107 800 MPa，约为钢的1/2。钛合金导热系数小，加工时产生的热量很难释放，大部分切削热残留在刀尖上，导致切削力的波动，引起系统振动。这种难加工材料常采取低速切削，如铝合金高速切削速度1 000～4 000 m/min，而钛合金最高切削速度320 m/min。在低速加工过程中，刀具与工件加工表面之间会产生过程阻尼［1］。Moon 等［2］也指出了加工材料的弹塑性对系统的稳定性影响是显著的。

耐高温、高强度合金在低切削速度加工过程中，由于阻尼系数随着刀具磨损的增加，导致的颤振至今仍然是一个尚未解决的问题。20 世纪50年代末期，Tobias 等［3］注意到在低速加工过程中，刀具的侧铣面摩擦工件振纹面时，会导致过程阻尼。当振动频率与切削速度比高时，切削速度方向的切削力变小，工具的切除面与已加工的波纹面之间的摩擦也变小，使得切削稳定深度增加。2010年，Eynian 和Altintas［4－5］给出了在低速加工时过程阻尼的力学模型。在Eynian 给出的过程阻尼模型中，通过将切削力分解成稳态切削力和阻尼力两个部分，其中阻尼力与切削速度、切削宽度、每齿进给量有关，修正了再生颤振动力学模型中的切削力，得到稳定性边界。

目前，加工过程中动力系统的稳定性分析［6－8］主要有单频率法、时域有限元分析法、半离散法、全离散法等［9］方法。单频率法能够有效地……