面向残余应力控制的高温合金铣削刀具几何参数优化方法*

朱卫华，王宗园，周金华，路超凡

（1.西北工业大学，西安 710072；2.海装驻西安地区第五军事代表室，西安 712101）

GH4169 是一种极难加工的金属材料，在切削过程中切削力大、温度高，容易发生塑性变形，且已加工表面残余应力常为拉伸应力[1]。上述问题会影响构件的残余应力分布状态，造成构件局部应力集中，导致表面裂纹的萌生与扩展，进而影响构件的使用性能[2]。

在高温合金切削加工过程中，残余应力的分布状态与刀具性能有着密切的联系，而可供选择的刀具材料主要为硬质合金，因此研究刀具结构对高温合金铣削加工性能以及残余应力分布的影响是十分必要的。Yen 等[3]通过有限元分析结合正交试验的方法，初步研究了刀尖形状对残余应力、应变、切削力、切削温度的影响。Lo[4]利用有限元法研究了刀具前角对残余应力、切屑的形成以及工件最后的表面粗糙度的影响。Zong 等[5]采用有限元方法研究了刀具后角对残余应力的影响，并对刀具几何参数进行优化，发现当后角取为6°时，残余拉应力达到最小，而当后角取为9°时，残余压应力最小。任军学等[6]针对硬质合金球头刀铣削TC17 钛合金，通过研究刀具参数对残余应力、表面粗糙度、形貌的影响，得到了一组较好的刀具参数。Liu 等[7]研究了刀尖圆角对CBN 刀具车削残余应力的影响，结果表明，刀尖圆角增加及刀具磨损都会使表面残余应力由压应力变为拉应力。Capello 等[8]试验研究了外圆车削C45 和39NiCrMo3 钢的残余应力，认为刀尖圆角与进给量对表面残余应力有主要的影响，切削速度与主前角的影响很小。……