面向薄壁件变形控制的高速铣削残余应力分析与工艺优化.pdfVIP

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引文格式：郭建烨，毛怡颖，高诗诗，等.面向薄壁件变形控制的高速铣削残余应力分析与工艺优化[J].航空制造技术,2025,68(6):

86-95.

GUOJianye,MAOYiying,GAOShishi,etal.Residualstressanalysisandprocessoptimizationofhigh-speedmillingfor

deformationcontrolofthin-walledparts[JJ.AeronauticalManufacturingTechnology,2025,68(6):86-95.

面向薄壁件变形控制的高速铣削残余

应力分析与工艺优化*

郭建烨，毛怡颖，高诗诗，侯宁

（沈阳航空航天大学，沈阳110136）

【摘要］切削加工过程产生的残余应力是引起薄壁件变形的主要因素之一，切削参数的选择对残余应力有直接影

响，通过分析残余应力的变化规律并合理选择切削参数，进而减小工件切削后的表面残余应力，最终能实现控制薄壁

件变形程度和保证加工精度的目的。首先基于McDowell模型建立了三维残余应力的理论模型，并通过铣削仿真过

程分析了高速切削条件下，主轴转速、每齿进给量、轴向切深对残余应力的影响规律，结果表明，每齿进给量对残余应

力的影响程度最大；然后根据理论模型和仿真分析的结果，以减小残余应力和同时增大材料去除率为优化目标，采

用Pareto模拟退火算法对切削参数进行了双目标优化，并获取了一组最优解集；最后通过铣削试验对优化结果进行

了验证，结果表明，优化算法求解的残余应力值与试验测量的残余应力值之间的误差率在合理范围内，证明了优化结

果的可靠性和优化算法的可行性。

关键词：高速切削；钛合金；切削参数；残余应力；工艺优化

D0I:10.16080/j.issn1671-833x.2025.06.086

钛合金切削性能差、导热系数近年来，针对钛合金高速切削性

低、易加工硬化等特点导致该材能的研究已成为国内外学者广泛关

料工件在加工过程中极易产生变形。注的热点，研究内容涵盖了切削力、

特别是对于薄壁件而言，其结构刚度切削温度和工件表面残余应力等关

较低，在切削力等因素的影响下易发键指标的变化规律及对加工质量的

生变形[2]；同时经过刀具切削加工影响机理。Wang等总结了高速

后，工件内部的应力平衡被破坏，导切削过程中残余应力的变化规律,研

致残余应力在薄壁件中被重新分布，究结果表明，在切削速度较小时，工

并引起部分弹性恢复,进一步加剧工件表面存在残余压应力；随着切削

件的变形程度[3]。其中,切削过程直速度的提高，残余压应力逐渐转变为

接导致的工件变形可以通过改变切残余拉应力并先增大后减小，进而推

削力大小和改进工艺方案等措施得测出当切削速度提升至某一较高值

郭建烨到有效控制，但残余应力所引起的工时，残余拉应力可以保持较小值或者

副教授，研究方向为先进加工技术件变形效果更长久，影响过程更复再次转变为残余压应力。Cheng等[5]

及装备。杂。切削参数对残余应力的产生有基于高斯过程回归建立了一种表面

直接作用，通过优化切削参数来减小残余应力预测模型，发现相对于切削

*基金项目：辽宁省教育厅高校基本科研项目

面上项目（JYTM）；沈阳市自然科残余应力，进而实现有效控制薄壁件速度和切削深度而言，进给量对表

学基金(24-102-6-01)。变