不同冷却方式对钛合金切削过程的影响研究

陶 亮，陈海虹，陈 超 ，刘爱军

1 引言

钛合金具有高强轻质、耐腐蚀性好、热强度高等优点，在航空航天、医疗器械、船舶等领域广泛应用。但钛合金材料亦具有导热系数小、高温化学活性大和弹性模量低等特性，是典型的难加工材料[1]。常规的浇注冷却方式切削钛合金等难加工材料时刀具磨损严重，影响工件表面质量，生产效率低[2]。为有效带走切削热，提升刀具寿命和工件表面加工质量，采用高效冷却方式开展难加工材料切削研究受到国内外众多学者的重视。

文献[3]进行了钛合金高速铣削仿真，研究了水基切削液、MQL冷却等方式对切削力、刀具温度等参数的影响。文献[4]研究了钛合金车削过程中传统冷却和高压冷却等方式对刀具寿命和工件表面完整性的影响。文献[5]完成了Inconel 718合金切削过程中浸入式冷却、局部喷射冷却等方式对切削温度、刀具应力等参数影响规律的研究。文献[2]分析了车削45号钢时常规冷却和高压冷却方式对刀具温度、应力以及形切屑变形的影响。文献[6]开展了高压冷却下PCBN刀具切削高温合金切屑卷曲折断机理和试验的研究。以硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V为研究对象，采用Johnson-Cook材料本构模型，运用金属切削仿真软件AdvantEdge进行了不同冷却方式下的切削仿真，研究了高压冷却、浸入式冷却、局部喷射冷却对钛合金切削过程的影响规律。研究结果可为钛合金切削时选择有效的冷却方式提供理论指导。

2 切削模型建立

2.1 材料模型

采用Johnson-Cook本构模型来描述钛合金的材料性能，它具备较高的应变、应变率以及温度等参数的计算精度[7]，其具体形式为：