高速精密切削热-力耦合对表面完整性影响机理及控制原理研究

针对高强度合金精密切削过程中存在的表面完整性形成机理、预测和控制难题，进行高速精密切削试验，计算切削过程中构件的温度场和应力场，揭示切削工艺参数对温度场和应力场的影响规律；分析表面变质层微观特征及其形成，基于温度场和应力场，结合物理模拟的方法，研究热-力耦合对表面变质层组织和性能的影响，建立切削工艺、表面完整性特征、疲劳性能之间的映射关系；提出保障构件表面完整性的切削参数域，通过切削参数优化的方法，研究表面完整性预测、控制原理和方法。项目研究可促进对精密切削过程表面完整性形成机理的认识，丰富精密切削表面完整性研究的基础理论，推动高速精密加工技术的发展；项目以高强度合金为研究对象，对国家安全重大科技工程中新概念航空发动机、大型飞机高强度试验件的研制具有理论指导意义。

高强度合金凭借优异的综合性能，广泛地用以制造航空发动机、飞机等装备的主体结构和主承力构件，这些构件以疲劳为主要失效模式。大量实验研究表明：机械加工表面完整性严重影响构件的服役性能和使用寿命，而加工表面完整性又主要取决于所选的加工工艺和参数。项目以高强度钛合金构件铣削加工为背景，深入研究了高速精密切削热-力耦合对表面完整性影响机理及控制原理研究。. 项目的的主要研究内容和创新性成果如下：. (1)建立了表面完整性表征模型，给出了表面特征、变质层特征以及疲劳性能的表征和测试方法，针对精密切削过程中存在的表面完整性形成机理、预测和控制难题，进行高速精密切削试验，计算切削过程温度场和应力场，揭示切削工艺参数对温度场和应力场的影响规律,分析表面变质层微观特征及形成，基于温度场和应力场，研究了热-力耦合对表面变质层组织和性能的影响；. (2)建立了表面完整性对疲劳寿命的影响关系模型，根据提高疲劳寿命的方向确定了表面完整性的变化方向，基于工艺参数-表面完整性-疲劳寿命的映射研究，提出并建立了表面完整性铣削工艺参数控制域生成方法；. (3)针对机械加工提出了一种表面完整性控制规律研究方法，该方法通过获得疲劳性能与表面完整性之间的关系，以疲劳性能为判据，根据符合疲劳要求区域确定对应的表面完整性区域，通过表面完整性与工艺参数之间的关系，以表面完整性为判据，确定表面完整性工艺参数域；. (4)提出了以疲劳为判据基于表面完整性控制的工艺参数优化策略，并建立了以高效切削为判据了表面完整性高效铣削参数优化方法。. 在项目执行期间，项目组成员参加国际会议9人次并发表国际会议文章9篇，发表论文数(含已录用)18篇，其中国际期刊3篇，国内核心期刊15篇，其中SCI收录期刊3篇，EI收录期刊15篇，ISTP收录8篇；在切削加工研究方面，培养博士研究生4人，已毕业1人，培养硕士研究生18人，已毕业8人。