[发明专利]钛合金薄壁结构精密铣削表面状态稳健性工艺控制方法

说明书

本发明公开了一种钛合金薄壁结构精密铣削表面状态稳健性工艺控制方法，基于钛合金薄壁结构件的初选铣削工艺参数范围，进行钛合金铣削试验；测量铣削试验得到的钛合金薄壁结构件的残余应力参数；根据钛合金薄壁结构件的铣削参数和残余应力参数，建立第一关系模型；以最大化第一关系模型中的残余应力分布包络面积为目标函数并求解，得到钛合金薄壁结构件的铣削稳健性工艺参数域；基于铣削稳健性工艺参数域对钛合金薄壁结构件进行加工；本发明通过调节可控工艺参数补偿加工中不可控因子作用引起的结构件表面状态突变，保证结构件疲劳性能达到预期效果，提升了钛合金薄壁结构件的尺寸和形位精度。

技术领域

本发明属于钛合金薄壁结构的铣削加工技术领域，尤其涉及一种钛合金薄壁结构精密铣削表面状态稳健性工艺控制方法。

背景技术

薄壁结构是由薄板、薄壳和细长杆件组成的结构，能以较小的重量和较少的材料承受较大的载荷。钛合金薄壁结构是采用钛合金材料加工而成的复杂零件。

钛合金薄壁结构一般采用铣削加工，薄壁结构件切削加工过程中，加工系统强时变、弱刚性特点突出，加工更易变形、振动更明显，导致加工过程稳定性变差，加工过程中不确定性工艺因子的复杂耦合作用，会使薄壁件的尺寸和形位精度难以满足设计要求，而且，工件表易面出现加工刀痕、棱边损伤、表面微裂纹、加工硬化、组织损伤等表面完整性问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛合金薄壁结构精密铣削表面状态稳健性工艺控制方法，以提升钛合金薄壁结构件的尺寸和形位精度。

本发明采用以下技术方案：一种钛合金薄壁结构精密铣削表面状态稳健性工艺控制方法，包括以下步骤：

基于钛合金薄壁结构件的初选铣削工艺参数范围，进行钛合金铣削试验；

测量铣削试验得到的钛合金薄壁结构件的残余应力参数；

根据钛合金薄壁结构件的铣削参数和残余应力参数，建立第一关系模型；

以最大化第一关系模型中的残余应力分布包络面积为目标函数并求解，得到钛合金薄壁结构件的铣削稳健性工艺参数域；

基于铣削稳健性工艺参数域对钛合金薄壁结构件进行加工。

进一步地，第一关系模型为：

其中，y为残余应力分布包络面积，β₀为常数，β_i为第i个工艺参数的拟合系数，x_i为第i个工艺参数，x_j为第j个工艺参数，β_ij为x_i和x_j的关联拟合系数，n为工艺参数的总个数，i、j和n均为正整数。

进一步地，残余应力分布包络面积包括进给方向残余应力分布包络面积和切宽方向残余应力分布包络面积。

进一步地，建立第一关系模型之后且求解目标函数之前还包括：

以铣削工艺参数约束和表面粗糙度约束构建约束条件。

进一步地，铣削工艺参数约束通过以下方法确定：

测量铣削试验得到的钛合金薄壁结构件的表面粗糙度参数和表面显微硬度参数；

根据铣削参数、表面粗糙度参数、残余应力参数和表面显微硬度参数，建立第二关系模型；

基于第二关系模型确定铣削工艺参数约束。

进一步地，基于第二关系模型确定铣削工艺参数约束包括：

基于第二关系模型，确定每个工艺参数在不同水平区间中的变化幅值；其中，变化幅值包括表面粗糙度变化幅值、残余应力变化幅值和表面显微硬度变化幅值