[发明专利]一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法

说明书

技术领域

本发明属于铣削加工工艺技术领域，更具体地，涉及一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法。

背景技术

在各种金属铣削加工工艺中，冷却液获得了广泛应用，其中通过向切削区喷淋冷却液，可以有效降低刀具与工件材料间的摩擦系数，带走大部分传入刀具、工件及切屑中的切削热，从而起到降低切削温度并改善表面加工质量的效果。然而，对于钛合金、高温合金等广泛应用于航空航天工业的难切削材料，需要采用大量的冷却液并选取较保守的工艺参数来保证足够的刀具寿命和可靠的表面质量，因而其材料去除率很低；而且由于冷却液本身对操作工人及环境有害，其循环再利用及废弃液的污染治理成本也是日益突出的技术问题。

除了切削热外，切削工艺系统失稳(即颤振现象)同样是制约材料去除率的另外一个重要因素。由于切屑厚度的再生效应引发工艺系统失稳是最常见的一类颤振，现有技术中已经有少量的相关研究，例如，Tlusty等人提出了采用稳定性叶瓣图来描述切削加工过程稳定性与切削参数关系，并运用该叶瓣图来计算切削工艺系统的稳定性。测试表明，在铣削过程中如超过临界切深，工艺系统就会失稳发生颤振，导致刀具与工件之间过大的振动位移，甚至引发刀具破损及工件报废，因此切削过程稳定性是选取工艺参数时的首要问题。相应地，本领域中亟需对以上技术问题进行更为深入的研究，并提出相应的有效解决对策。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法，其中通过结合铣削加工自身的工艺特点，采用液氮喷射方式对铣刀及工件切削部位执行低温冷却，并基于低温冷却状态下的铣削力系数和刀具模态参数来构建可准确反映铣削稳定性边界的铣削动力学模型，相应能够综合解决切削热和切削工艺系统失稳的问题，并尤其适用于钛合金、高温合金之类航空航天材料的铣削加工场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于提高铣削稳定性的金属深冷加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)为铣床主轴及配置的立铣刀组装液氮冷却喷头，该液氮冷却喷头随着铣床主轴和立铣刀同步移动，并用于在整个铣削过程中向立铣刀和工件切削部位喷射液氮执行低温冷却；

(b)在上述低温冷却的条件下执行顺铣，并通过改进立铣刀的进给速度，测得多个不同的铣削工况下的平均切削力，然后基于以下表达式(一)和(二)及采用线性拟合的方式，计算得出包括切向铣削力系数、切向刃口力系数、径向铣削力系数和径向刃口力系数在内的一系列切削力系数：