以单晶镍基高温合金DD98材料为研究对象,搭建微量润滑冷却系统微铣削平台。对比微量润滑和干切削冷却条件下,微铣削工艺参数对表面粗糙度的影响机制和规律。结果表明在微量润滑冷却条件下,单晶高温合金的表面粗糙度获得较大提升;两种不同冷却方式条件下,微铣削表面粗糙度均随着主轴转速的升高而减小,随着进给速度的增加在克服尺度效应后缓慢增大,随着背吃刀量的增加而增大。

单晶镍基高温合金材料微构件在高温环境中应用广泛,但它在微铣削过程中的温度分布测试较为困难。采用有限元法对单晶材料微铣削过程的温度分布及传递进行仿真,定义温度分布区。根据热电偶工作原理,标定温度-电势曲线,搭建微铣削温度测试平台,完成单晶镍基高温合金DD98微铣削温度测试。结果表明单晶材料微铣削温度区分为第Ⅰ剪切热源温度分布区,第Ⅱ、Ⅲ摩擦热源温度分布区;仿真温度区最高温度为284℃、最低温度为148℃;微铣削温度随着主轴转速、进给速度和铣削深度的增加而升高;试验测量温度最高不超过200℃,与有限元仿真对应位置的温度极为接近,解释了微铣削温度分布机制,为控制零件切削表面质量和刀具磨损提供参考。

新型优质γ-TiAl基合金Ti-48Al-2Cr-2Nb具有低密度、高比强度和良好的高温力学性能,在航空航天和精密微小件制造领域拥有广泛的应用前景。为研究该材料的微铣削性能,采用直径0.8 mm的双刃硬质合金微铣刀进行四因素五水平正交试验,研究主轴转速、进给速度、铣削深度和铣刀螺旋角对微铣削加工毛刺和粗糙度的影响。结果表明:主轴转速和铣削深度是影响顶端毛刺的重要因素,铣刀螺旋角对槽底表面粗糙度影响最为显著,其结果为γ-TiAl基合金的微尺度铣削加工提供理论依据。

基于相对自由能和润湿方程,从平行沟槽方向和垂直沟槽方向探究镍钛合金表面单向沟槽阵列结构的润湿机制,建立Wenzel态和Cassie-Baxter态下的液滴接触角模型,分析不同尺寸参数下的接触角理论值。通过微铣削加工技术对镍钛合金表面进行改性处理,加工出所需的微结构,并采用VHX-5000超景深三维显微镜和JC2000D1型接触角测量仪测量分析其表面形貌、尺寸参数以及实际接触角。结果表明:微铣削制备的镍钛合金表面阵列结构尺寸精度较好,结构边界完整,满足设计要求;平行方向的实际接触角随着柱宽的增大而减小,最大静态接触角为145.4°,与平行方向的Cassie-Baxter态接触角趋势相符;垂直方向的Cassie-Baxter态理论接触角在数值上等于镍钛合金表面的本征接触角;同时垂直方向的实际接触角与Wenzel态接触角趋势不符,误差在42.1°内。

针对子午线轮胎模具侧板加工过程中存在加工能耗高、表面质量差的问题,以45号钢子午线轮胎模具侧板为研究对象进行微铣削试验,着重研究主轴转速、每齿进给量、切削深度3个切削参数对切削比能和表面粗糙度的影响。通过试验数据样本训练和检测基于遗传算法改进的多目标BP神经网络,实现不同切削参数组合下切削比能和表面粗糙度的多目标预测;利用NSGA-Ⅱ对切削参数进行多目标优化,获得了20组Pateto解。预测和优化结果表明:提高主轴转速既有利于降低切削比能又有利于改善表面粗糙度,而增大每齿进给量和切削深度会降低切削比能但会增大表面粗糙度;切削比能和表面粗糙度相互抑制,不能同时改善。在兼顾切削比能和表面粗糙度的情况下,较优参数为主轴转速19370~20000 r/min、每齿进给量0.055~0.06 mm/齿、切削深度0.4~0.456 mm。

为研究当每齿进给量小于刀具刃口半径时,每齿进给量对微铣削力变化规律及已加工表面形貌的影响,使用两刃平底硬质合金微铣刀对体积分数为30%的铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)进行了微铣削试验。研究表明当每齿进给量小于刃口半径时,总铣削力随着每齿进给量的增大呈现先增大后减小再增大的趋势;已加工表面存在基体涂抹、微裂纹、颗粒破碎、浅凹坑、孔洞和划痕等表面缺陷,并随着每齿进给量呈现出一定的规律。