赵仲林，安立宝

(华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063210)

0 引言

钛合金具有强度高、质量轻、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天领域，但因其具有较高的化学活性与较低的导热率，表现出铣削温度高、刀具粘结严重等缺点[1]。使用有限元技术来研究TC4的铣削过程可节省大量的人力、物力资源。

李体仁等[2]采用正交试验研究了高速铣削钛合金 TC4 粗加工阶段时切削参数对切削力的影响规律，结合Pareto得出高速铣削钛合金的最优切削参数。孙鹏程等[3]通过铣削TC4实验，得出铣削力数据，采用多元线性回归分析法，建立了准确度高的各向铣削力模型。本文利用有限元软件模拟TC4铣削加工过程，建立了三维铣削模型，得到了切削速度、每齿进给量、轴向切深对铣削力的影响规律，并采用BP神经网络对TC4铣削力进行预测。该研究可为实际生产中加工参数的选择提供理论指导。

1 切削过程有限元建模

1.1 材料本构

因为铣削TC4过程会产生大的应力应变，选用Johnson-Cook本构模型来反映铣削加工过程中材料的应变硬化、应变率和热软化效应，其表达式如下：

(1)

表1 J-C本构参数

1.2 切屑分离准则

使用物理分离准则Johnson-Cook剪切失效准则，当失效参数D大于1时，实现单元的分离，形成切屑：

(2)

.

(3)

1.3 铣削有限元模型建立

通过有限元软件建立三维侧铣模型,如图1所示。利用SolidWorks建立YG8四刃立铣刀模型，刀具几何参数为：直径10 mm,螺旋角35°，后角13°，圆周刃前角10°。工件材料为TC4，长、宽、高分别为60 mm、20 mm、20 mm。铣削工艺参数如下：切削速度80 m/min，每齿进给量0.15 mm/z，轴向切深2 mm，径向切宽4 mm。……