前言

TC4钛合金是一种典范α＋β钛合金，，，，，，具有比强度高、耐侵蚀、耐高温、强度高及焊接性好等优良特征，，，，，，在航空航天、医疗器械、交通运输等各个领域获得普遍应用[1-2]。。。。。。可是由于TC4钛合金导热率低、屈强比高、塑性变形规模窄小等性能特点，，，，，，导致在钛合金质料铣削加工历程中，，，，，，在刀具刃口周围积累的铣削热不易散失，，，，，，容易造成严重的刀具磨损，，，，，，导致零件加工效率低、加工本钱高、加工质量难以包管[3-5]。。。。。。因此，，，，，，研究TC4钛合金铣削加工时的外貌温度特征，，，，，，对进一步相识TC4钛合金的加工性能，，，，，，优化铣削参数，，，，，，提高加工效率等方面具有主要意义[6-8]。。。。。；；；；；；蒲颷4]研究了钛合金切削加工历程中刀具温度场的建模、丈量与重构，，，，，，实现了多工况下切削力、切削形态和界面热源的准确展望。。。。。。李宝栋等[9]举行了钛合金2D切削温度仿真，，，，，，建设了切削温度的二次响应面回归数学模子，，，，，，最后举行了切削温度试验验证。。。。。。王沁军和孙杰[10]研究了高速铣削条件下工艺参数对TC4钛合金切削力、切削振动等的影响纪律。。。。。。李占杰等[11]接纳红外测温仪研究了干式高速铣削参数对锡铋合金工件切削温度的影响。。。。。。米少伟等[12]接纳人工热电偶法研究了无涂层刀具和涂层刀具高速铣削历程中铣削参数对刀具温度漫衍的影响。。。。。。陶亮等人[13]接纳差别冷却方法对钛合金切削历程举行仿真剖析，，，，，，展现了差别冷却方法对钛合金切削历程的影响纪律。。。。。。王晨羽和李金泉[14]基于动态力学模子研究了钛合金切削历程进给量对外貌质量的影响纪律。。。。。。刘亚军等[15]开展了钛合金叠层构件螺旋铣孔界面切削热研究。。。。。。向莹和张祺[16]开展了切削力展望数学模子研究。。。。。。赵雪峰等[17]研究了刀具钝化非对称刃口对铣削温度场的影响，，，，，，研究效果对实现刀具钝化刃口优化，，，，，，提高加工水平具有主要意义。。。。。。刘具龙等[18]建设刀具/工件接触区域温度展望模子，，，，，，通过半人工热电偶测温试验对模子的可行性与准确性举行了验证。。。。。。冯答[19]从理论模子、仿真剖析及椭圆振动辅助车削试验方面临EVC切削温度举行了研究。。。。。。沈雪红和王哲[20]运用ABAQUS仿真理论，，，，，，模拟车削加工历程中的切削力和切削温度场。。。。。，并举行了验证。。。。。。

现在，，，，，，虽然已有许多学者开展了钛合金加工性能的研究，，，，，，但由于加工装备、工艺、质料以及试验装备、要领的差别，，，，，，针对TC4钛合金铣削加工外貌温度的研究仍不敷深入，，，，，，尤其缺少针对钛合金铣削最高温度的展望模子。。。。。。本文作者通过单因素试验，，，，，，使用红外热像仪实时收罗铣削刀具与工件接触区域温度的动态信号，，，，，，研究差别铣削参数下TC4钛合金铣削区域最高温度的转变特征；；；；；；建设钛合金铣削最高温度与铣削参数的关系模子，，，，，，为钛合金切削热的理论与数值模拟研究提供参考。。。。。。

1、试样质料及装备

TC4钛合金试件尺寸为218mm×201mm×40mm，，，，，，其化学因素如表1所示。。。。。。接纳北京第一机床厂生产的XKA714系列数控立式铣床，，，，，，配合BT40刀柄，，，，，，选用国产硬质合金刀具，，，，，，型号为KATOXOEX 12040FR。。。。。。

接纳FLIRE60系列非接触式红外热像仪和装置FLIR Tools收罗软件的盘算机组成铣削温度测试系统，，，，，，实时收罗刀尖与工件接触处的铣削温度。。。。。。试验时接纳顺铣，，，，，，干铣削条件。。。。。。试验系统、装备及质料如图1所示。。。。。。

2、试验计划

FLIR红外热像仪定位刀尖与工件接触处区域，，，，，，使用其配套的温度收罗与剖析软件，，，，，，实时收罗TC4钛合金被加工区域的最高温度、最低温度及平均温度，，，，，，采样频率为15Hz，，，，，，每次采样时间为60ｓ。。。。。。此次试验主要研究主轴转速ｎ、进给速率v_f、铣削深度a_p对铣削温度的影响纪律，，，，，，每个因素设置4个水平，，，，，，ｎ划分为700、850、1000、1150r/min，，，，，，v_f划分为8、10、12、14mm/min，，，，，，a_p划分为1、2、3、4mm。。。。。。试验流程如图2所示。。。。。。为避免试验失误造成数据缺失，，，，，，在相同的铣削参数下举行2次铣削试验，，，，，，后文可凭证数据的完整性及剖析需要选取单数或双数编号试验数据举行剖析。。。。。。

3、试验效果及剖析

3.1铣削区温度特征值的时间历程曲线

铣削试验竣事后，，，，，，由FLIR Tools收罗软件可以导出热像仪定位测温区域的最高温度、平均温度、最低温度，，，，，，从而获得响应的温度时间历程曲线。。。。。。图3所示为差别铣削参数下测温区域最高温度T_max的时间曲线。。。。。。

由图3可知：（1）铣削区最高温度T_max随时间的转变曲线大致可分为2个阶段：快速下降阶段、较量 平稳的波动阶段；；；；；；

（2）铣削参数值越低，，，，，，铣削温度T_max越低，，，，，，但随着铣削参数的增大，，，，，，T_max并非枯燥增添，，，，，，如图3（A）中ｎ＝1150r/min时的T_max比ｎ＝850r/min时的T_max低，，，，，，图3（B）及图3（ｃ）中也泛起类似的情形。。。。。。

3.2温度特征值随铣削参数的转变纪律

基于红外热像仪FLIR Tools软件依次提取各次试验中的最大温度T_max，，，，，，研究单因素铣削参数对测温区域T_max的影响，，，，，，绘制T_max随主轴转速ｎ、进给速率v_f及铣削深度a_p的转变曲线如图4所示。。。。。。

由图4可知：在3个铣削参数中，，，，，，当其他2个铣削参数稳固时，，，，，，随着第3个铣削参数的增添，，，，，，T_max总体呈上升趋势。。。。。。由于随着切削参数的增大，，，，，，刀具战胜金属弹、塑性变形抗力所做的功和战胜摩擦力所做的功增添，，，，，，爆发的切削热也显著增添，，，，，，故T_max总体呈上升趋势，，，，，，但个体曲线泛起先上升后下降的征象。。。。。。

3.3铣削温度关于铣削参数的三元二次多项式回归模子

由上述剖析可知，，，，，，铣削参数转变对TC4钛合金的铣削温度有显着影响。。。。。。为进一步探讨铣削参数对铣削区域温度的影响，，，，，，展望差别铣削参数下的铣削温度，，，，，，基于表2试验数据，，，，，，通过 Design-Expert软件里的Box-BehnkenDesign试验设计要领，，，，，，举行以主轴转速、进给速率、铣削深度划分为因素A、B、Ｃ及以最大温度T_max为响应值的响应面优化法试验，，，，，，建设铣削区域最大温度关于铣削参数的三元二次多项式回归模子，，，，，，并对铣削温度举行数值优化，，，，，，获得3个铣削参数的最佳值。。。。。。

凭证表2中的试验数据，，，，，，获得的三元二次多项式回归模子如下：

T_max＝39.2708-0.030848n＋5.35278v_f＋42.88670a_p＋0.00637n·v_f-0.00011n·a_p＋1.07854v_f·a_p-0.00001n²-0.45194v²_f-4.40581a²_p

方差剖析效果如表3所示。。。。。。

可知整体模子的P小于0.05，，，，，，批注该二元多项回归模子抵达显著水平，，，，，，并且失拟项P大于0.5即不显著，，，，，，以是该模子可靠。。。。。。

A项ｎ（P＝0.0125＜0.05）、B项v_f（P＝0.0001＜0.05）、Ｃ项a_p（P＝0.0001＜0.05）和CC项a²_p（P＝0.0139＜0.05）是最大温度响应值的显著项。。。。。。图5所示为通过回归模子获得的最大实测值T_max与温度拟合值T_max的比照曲线。。。。。。

使用该软件为响应值T_max设置最小化目的，，，，，，获得的最佳条件为ｎ＝700r/min、vF＝8mm/min、AP＝1mm。。。。。。

4、竣事语

本文作者以TC4钛合金为试验质料，，，，，，用红外热像仪实时收罗铣削区域的温度，，，，，，研究差别铣削参数下TC4钛合金试样的温度转变，，，，，，并用Ｄｅｓｉｇｎ-ＥｘPｅRT软件对试验数据举行了响应面剖析，，，，，，建设了三元二次多项式模子，，，，，，获得响应值最大温度T_max最小化的最佳条件。。。。。。效果批注：（1）随着切削参数的增大，，，，，，刀具战胜金属弹、塑性变形抗力所做的功和战胜摩擦力所做的功增添，，，，，，爆发的切削热也显著增添；；；；；；（2）建设的回归模子可靠，，，，，，可以较好地展望给定铣削参数下的最大温度；；；；；；（3）获得硬质合金刀具铣削TC4钛合金时使T_max为最小时的最佳铣削参数：主轴转速ｎ＝700r/min、进给速率vF＝8mm/min、铣削深度AP＝1mm。。。。。。

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