增减材复合制造钛合金铣削特性研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文
摘 要
增减材复合制造结合增材复杂结构成形以及减材高精度高质量加工的优势，可解决
增材成形件尺寸精度低、表面质量低、内部存在缺陷等问题，可实现深孔等复杂结构的
内部表面的加工，为高性能复杂零件制造提供新思路。本文针对 Ti-6Al-4V 钛合金的增
减材复合制造进行研究，分别考虑增材成形件的轮廓形貌以及增材余热对减材加工的影
响，建立钛合金增减材复合铣削力模型。搭建实验平台模拟增材环境进行铣削实验，验
证模型的准确性，并从实验和力学模型分析增材过程对钛合金铣削加工的影响，为增减
复合制造工艺参数的选择提供理论支撑。主要研究内容如下：
（1） 研究增材成形件表面轮廓特征，采用微分思想建立端部轮廓铣削加工的力学
模型，模型综合考虑轮廓形貌、铣刀螺旋角、多齿切削的影响；
（2） 通过槽铣实验标定 Ti-6Al-4V 成形件铣削力系数，设计半槽铣、端部轮廓铣
削实验，并与模型预测结果进行对比，验证模型的准确性，结合铣削力模型分析铣削力
的变化原因，为增材零件端部铣削过程监测一种提供方法；
（3） 研究增材过程激光引起 Ti-6Al-4V 成形件的余温，初步确定零件温度变化范
围，并设计加热铣削平台，模拟真实的增减材复合制造钛合金铣削加工过程；定量研究
温度对钛合金成形件铣削加工的影响，综合考虑高温引起的材料软化、后刀面磨损以及
加工表面塑性变形层建立铣削力预测模型，并从模型和实验分析增减材复合制造钛合金
铣削力的变化，研究不同温度下的加工表面粗糙度以及表面形貌。

关键词：增减材复合制造；钛合金；铣削力模型；温度；表面粗糙度

- I -
增减材复合制造钛合金铣削特性研究
The Study on the Milling Characteristic for Titanium Alloy in
Additive/Subtractive Hybrid Manufacturing
Abstract
Additive/Subtractive Hybrid Manufacturing (A/SHM) combines the advantages of both
additive manufacturing, which could fabricate complex parts, and subtractive manufacturing
process, which could obtain high precision and quality. This emerging technology could
improve the dimensional and surface quality, as well as remove material defects. A/SHM could
machine internal surface of complex structures that provides a new method to fabricate
high-performance complex parts. This thesis studies on A/SHM process for titanium alloy. A
milling force prediction model, considering the geometric characteristic and residual heat
induced by additive manufacturing is developed. A milling experiment platform is set up to
simulate the A/SHM environment and milling experiments are carried out to verify the
accuracy of the model. The milling characteristic is analysed ba