TC4钛合金高速铣削力研究

钛合金复合层高速切削动力学特性实验研究钛合金复合层高速切削动力学特性实验研究一、引言钛合金由于其优异的性能，如高强度、低密度和良好的耐腐蚀性等，在航空航天、汽车制造和医疗器械等领域得到了广泛应用。

然而，钛合金的加工难度较大，尤其是在高速切削过程中，其动力学特性对加工质量和效率有着重要影响。

因此，对钛合金复合层高速切削动力学特性进行实验研究具有重要的理论和实际意义。

（一）研究背景随着现代工业的发展，对钛合金零部件的需求日益增加，同时对其加工精度和表面质量的要求也越来越高。

高速切削技术作为一种先进的加工方法，可以提高加工效率和表面质量，但钛合金的特殊性能使得其在高速切削过程中呈现出复杂的动力学特性，如切削力、切削温度和振动等，这些特性会影响刀具的磨损和加工精度。

（二）研究目的本实验研究的主要目的是深入了解钛合金复合层高速切削过程中的动力学特性，包括切削力、切削温度和振动的变化规律，分析这些特性对加工质量和效率的影响，并探索优化切削参数以提高加工质量和效率的方法。

二、实验材料与方法（一）实验材料1. 工件材料本实验选用的钛合金复合层材料为[具体型号]，其具有典型的钛合金性能特点，如高强度和良好的耐腐蚀性。

复合层结构由[详细描述复合层结构]组成，这种复合层结构在实际应用中较为常见。

2. 刀具材料刀具选用了[刀具型号和材质]，该刀具具有良好的耐磨性和切削性能，适用于钛合金的高速切削。

（二）实验设备1. 切削机床采用了先进的高速切削机床[机床型号]，该机床具有高精度的主轴系统和稳定的进给系统，可以满足实验对切削速度、进给量和切削深度等参数的精确控制要求。

2. 测量仪器（1）切削力测量采用了[切削力测量仪器型号]，可以实时测量切削过程中的三个方向（X、Y、Z方向）的切削力。

（2）切削温度测量使用了[切削温度测量仪器型号]，通过[测量原理]来测量刀具和工件接触区域的切削温度。

（3）振动测量选用了[振动测量仪器型号]，能够准确测量切削过程中工件和刀具系统的振动情况。

TC4钛合金钻削力和钻削温度仿真研究田卫军;李郁;何扣芳【期刊名称】《机床与液压》【年(卷),期】2014(000)021【摘要】In order to improve the machining ability in drilling of TC4 Titanium alloy,TC4 Titanium milling finite element model (FEM)is established with the finite element analysis (FEA)software AdvantEdge. Temperature distribution on the workpiece and the tool were analyzed,and the rule of effect of drilling parameters on drilling force and drilling temperature during processing were ob-tained. The results show that the highest temperature appears on the chip in drilling of TC4 Titanium alloy. With increasing of spindle speed and feed rate,the drilling force is increased,and with increasing of drill bit diameter,the drilling force is decreased. Drilling temperatures are increased along with the increasing of spindle speed,feed rate and drill bit diameter.%为了提高TC4钛合金的可钻削性，采用有限元分析软件AdvantEdge建立TC4钛合金铣削加工有限元模型，分析工件和刀具上的温度分布规律，获得了钻削加工过程中钻削参数对钻削力和钻削温度的影响规律。

TC4钛合金铣削过程预测和表面质量分析的开题报告一、选题背景随着航空、航天、能源等行业快速发展，新材料的需求量也随之增加。

钛合金作为一种优良的航空航天材料，在航空工业、汽车制造、医疗器械制造等领域得到广泛应用。

而钛合金的切削加工一直是加工难点，其高温硬度、切削强度等特点使得钛合金材料极易磨损刀具、造成表面质量问题，降低零件质量。

因此，对钛合金铣削过程的预测和表面质量分析具有重要意义。

如果能够准确预测钛合金铣削过程中刀具与工件的接触区域、产生的力和温度等关键参数，就可以优化铣削工艺参数，有效减少刀具磨损和加工表面质量问题。

同时，表面质量分析可以为优化铣削工艺提供重要的参考，提高加工效率和零件质量。

二、研究内容本研究拟围绕钛合金铣削过程预测和表面质量分析展开工作，具体包括以下内容：1. 钛合金铣削过程仿真模型建立。

以钛合金为实验材料，建立其铣削过程的数学模型，并利用ANSYS等有限元分析软件进行仿真。

2. 钛合金铣削过程参数预测和优化。

基于仿真模型，预测钛合金铣削过程中的主要切削参数，包括切削力、切削温度、刀具磨损等，进而优化铣削参数，减少刀具磨损和加工表面质量问题。

3. 钛合金铣削表面质量分析。

根据铣削加工表面情况，采用一定的表面评价指标和方法进行表面质量分析，建立表面质量模型，为优化铣削工艺提供参考。

4. 实验验证。

以钛合金为研究对象，进行铣削加工实验，对仿真预测结果和表面质量分析进行实验验证，完善仿真模型和表面质量模型。

三、研究意义本研究旨在预测钛合金铣削过程中的关键参数，优化铣削工艺参数，提高零件加工表面质量，具有重要的现实意义和应用价值。

同时，本研究可为钛合金等难加工材料的铣削加工提供参考，对航空、航天、能源等领域的发展具有积极意义。

磨损，机技术，发展。

Komanduri ［1切失稳理论。

Iwata ［2］建立一个刚塑性有限元模型，模拟了切屑的厚度以及切屑的卷曲。

Obikawa 和Baker ［3-4］采用几何分离准则，并在预先定义分离线的情况下，仿真出连续锯齿状切屑。

上述研究有的以单一变量为研究对象，有的采用与实际加工有较大差距的几何分离准则，对实际加工没有借鉴意义。

以TC4的切削过程为研究对象，采用与实际加工过程相近的物理分离准则，更好地得到了材料弹塑性流动趋势。

仿真结果的提出忽略了刀具与工件之间温度场的影响。

故研究锯齿状切屑［5-8］。

它源于塑围环境基本一致，塑性硬化占主导地位；第二阶段随着塑性硬化的下降和应变软化的增加，材料呈现二者的平衡状态；最后一个阶段因为材料的导热性差，进一步引起材料的局部塑形剪切失稳。

由于高速切削，热量没有时间传递出去，加剧了这种情况的发生。

本研究利用绝热剪切理论来生成锯齿状切屑。

周期性断裂理论认为锯齿状切屑的形成是由于从工件自由表面向切削刃扩展一定距离的周期性整体断裂造成的。

高速切削TC4有限元数值模拟研究郭磊1，吴红兵2（1.太原科技大学，山西太原030000；2.浙江大学宁波理工学院，浙江宁波315100）摘要利用有限元分析软件，研究刀具高速切削钛合金时锯齿状切屑的形成过程。

模型采用绝热剪切准则，有效解决了锯齿状切屑形成的问题。

仿真模拟了刀具在不同切削深度以及不同切削速度的情况下，参数的改变对切削过程的影响。

结果表明，锯齿状切屑的形成与绝热剪切有关。

关键词锯齿状切屑；高速切削；绝热剪切；钛合金中图分类号TH16文献标识码Ａ文章编号1004-244X （2013）02-0088-04Abstract The studied with finite element effectively solved.The influence that the formationof saw⁃tooth Key words 收稿日期：2012-11-02；修回日期：2013-02-25作者简介：郭磊，男，硕士研究生。

EBM成型TC4钛合金研究进展EBM（Electron Beam Melting）是一种先进的金属添加制造技术，已被广泛应用于制造高性能的钛合金材料。

TC4钛合金是一种具有优异机械性能、耐热性能和耐腐蚀性能的常见钛合金。

本文将介绍EBM成型TC4钛合金的研究进展。

近年来，随着EBM技术的不断发展和改进，研究人员对于EBM成型TC4钛合金进行了广泛研究。

研究集中在材料性能优化、成型工艺优化和微观组织控制等方面。

对于材料性能的优化，研究人员通常从合金元素的选择和配比入手。

通过添加适量的合金元素，如铝、钒等，可以显著提升材料的耐热性能和机械性能。

通过调节成型工艺参数，如成型温度、速度和气氛等，也可以改善材料的力学性能和表面质量。

成型工艺的优化是研究人员关注的焦点之一。

在传统的EBM成型过程中，容易出现制品形状失真、表面粗糙度高和残余应力增加等问题。

为了解决这些问题，研究人员尝试采用预加热、气氛调控和快速冷却等工艺措施。

通过合理选择工艺参数，可以有效降低成型过程中的残余应力，提高制品的力学性能和表面质量。

微观组织的控制也是研究人员关注的热点。

TC4钛合金具有复杂的相转变行为，因此微观组织的控制对材料性能的影响非常重要。

研究人员通过调节成型工艺参数和合金元素的配比，成功实现了TC4钛合金的细晶化和相组织的均匀分布。

这些改进可以显著提高材料的塑性变形能力和疲劳寿命。

EBM成型TC4钛合金的研究进展取得了显著的成果。

通过优化材料性能、成型工艺和微观组织，可以制备出具有优异性能的TC4钛合金制品。

目前仍存在一些问题，如成本高、成型速度慢等。

未来的研究方向应进一步降低成本、提高成型效率，以促进EBM技术在TC4钛合金制造中的应用。

TC4-DT钛合金切削加工参数研究
殷志碗;郝宇;陈伟伦;王东伟;苏楠
【期刊名称】《江苏建筑职业技术学院学报》
【年(卷),期】2024(24)1
【摘要】针对YG8和TiAlN涂层硬质合金两种刀具,通过单因素车削、低速铣削及正交高速铣削加工试验,探究刀具切削工艺参数对TC4-DT钛合金加工件表面粗糙度、表层硬度的影响规律。

实验结果表明:钛合金的表面粗糙度随着切削三要素发生变化,切削速度越高,粗糙度越低;进给量越大,粗糙度越大;但随切削深度波动变化。

使用TiAlN涂层硬质合金立铣刀进行加工得到的平均表面粗糙度小于YG8硬质合金立铣刀,且加工表面硬度变化更小,更适合用于TC4-DT的铣削加工。

【总页数】6页(P59-63)
【作者】殷志碗;郝宇;陈伟伦;王东伟;苏楠
【作者单位】扬州工业职业技术学院智能制造学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG50
【相关文献】
1.粗加工切削参数对钛合金多工步加工过程的影响
2.基于钻削性能试验的3D打印钛合金加工切削参数研究
3.钛合金切削加工参数优化数学模型及工艺参数分析研究
4.切削加工钛合金的切削参数优化研究
5.钛合金材料切削加工参数优化和实验研究
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第35卷第22期振动与冲击JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.35 No. 22 2016 T C4钛合金动态力学性能及本构模型研究惠旭龙\牟让科\白春玉\刘小川\史同承2(1.中国飞机强度研究所，西安710065; 2.中航商用航空发动机有限责任公司，上海201108)M要：为研究TC4钛合金的动态力学性能及本构模型，利用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式Hopkmson压杆(SHPB)装置，对其进行常温下准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验，得到不同应变率下的应力应变曲线，拟合得到J〇hnS〇n-C〇〇k本构模型，并分析材料中应变率力学特性对本构模型参量的影响。

结果表明:TC4钛合金在应变率1CT4~1〇3 s^1范围内具有明显的应变率强化效应和一定的应变硬化效应，且应变率强化效应随应变的增大而减小，应变硬化效应随应变率的增大而减小;考虑材料中应变率力学特性可提高本构模型参量的准确性;通过数值方法和试验方法研究TC4钛合金平板撞击和高速拉伸过程的动态响应，两者结果具有很好的一致性，证明所得本构模型的准确性。

关键词：TC4钛合金;中应变率;应变率效应;M nson-Cook本构模型;平板撞击;数值仿真中图分类号：0347.3 文献标志码：A D0I ： 10. 13465/j. cnki. jvs. 2016. 22. 024Dynamic mechanical property and constitutive model for TC4 titanium alloyHUI Xulong1 , MU Rangke1 , BAI Chunyu , LIU Xiaochuan , SHI Tongcheng2(1. AVIC Aircraft Strength Research Institute, Xfan 710065, China；2. AVIC Commercial Aircraft Engine Co. Ltd. , Shanghai 201108, China)Abstract：In order to study the dynamic mechanical property and constitutive model of TC4 titanium alloy, dynamic experiments on TC4 titanium alloy under quasi-static, intermediate strain rate and high strain rate were performed by using an electronic universal testing machine, a high velocity hydraulic servo-testing machine and a split Hopkinson press bar ( SHPB) at room temperature. The stress-strain curves under different strain rates were obtained, and a Johnson-Cook constitutive model was fitted. The dynamic mechanical property under intermediate strain rate and its effect on the constitutive model were analyzed. The experimental results show that the strain rate strengthening effect and strain hardening effect of TC4 titanium alloy are obvious, when the strain rate is between 10 4 ~10 3s The strain rate strengthening effect decreases with the increase of strain, and the strain hardening effect decreases with the increase of strain rate. Moreover, considering the mechanical property under intermediate strain rate can improve the veracity of the rate sensitive parameters in the constitutive model. Good agreement is obtained between the experimental results and the numerical predictions of the dynamic responses in high speed tensile and ball impact processes, which validates the accuracy of the Johnson-Cook constitutive model.Key words：TC4 titanium alloy; intermediate strain rate; strain rate effect; Johnson-Cook constitutive model; plate impact; numerical simulationTC4合金是一种中强度（a + y S型）两相钛合金，既 有较高的强度，又有足够的塑性，且能长期在高温下工 作，因而在航空、航天、船舶、化工以及兵器领域得到非 常广泛的应用[1]。

浅谈TC4钛合金的铣削加工作者：蔡红军谢敏婵赵勃来源：《数字化用户》2013年第20期【摘要】根据TC4钛合金的难切削加工性，从铣削加工时铣刀、铣削用量、铣削方式、切削液等的选取方面，介绍基本的铣削加工工艺和注意事项。

【关键词】TC4钛合金铣刀铣削用量氧化层一、引言Ti6Al4V（以下简称TC4）是目前用量最大的钛合金材料，其因具有密度小、强度高、比强度大、综合力学性能和工艺性能（热变形性、焊接性、耐蚀性）良好等一系列优点，而在航空航天、船舶、石化、医药卫生等领域得到广泛和成功应用。

随着相关工业的飞速发展，TC4钛合金的使用量与日俱增，其在机械加工行业的切削加工也日渐成熟。

钛合金铣削作为切削加工量中占比最大的加工方式，加之加工时易出现铣刀崩刃，耐用度底等问题，使得TC4的铣削加工受到普遍关注。

二、TC4钛合金的切削加工性TC4钛合金属于（α+β）型钛合金，是典型的难加工材料之一，其切削加工性仅为45钢的1/5～2/5，介于不锈钢和高温合金之间。

主要是因为：（一）TC4的导热率为铁的1/4、铝的1/16，比不锈钢和高温合金的导热率还要低，使得加工过程中产生的大量切削热大部分残留在刀具内，造成切削温度高，刀具迅速磨损。

（二）与45钢相比，TC4的切削力是其2/3～3/4，但切屑与前刀面的接触面积却只有其1/2～2/3，所以切削刃承受的应力是钢的1.3～1.5倍，刀尖或切削刃更容易磨损或损伤。

（三）相同条件下，TC4材料与刀具材料的摩擦系数大于碳钢，切屑沿前刀面流出的摩擦速度高，导致摩擦功大，摩擦界面温度高，刀具易磨损。

（四）高温时，钛合金能与空气中的氢、氧、氮起化学反应，形成硬化层，造成工件塑性降低，切屑与前刀面接触面积减小，加速刀具磨损。

（五）TC4的弹性模量约为钢的1/2，小弹性模量和大屈强比使切削加工时工件已加工面产生较大回弹和变形，刀具后角磨损，与零件摩擦加剧。

三、TC4钛合金的铣削加工（一）铣刀的选择铣削TC4钛合金用铣刀常选高性能高速钢和硬质合金两种材质。

I ndustry development行业发展钛合金切削加工研究现状及发展趋势杨 涛摘要：钛合金广泛应用于各个领域，提高其切削性能和降低加工成本，开发出性能更好的新型钛合金是目前钛合金加工的主要研究方向。

钛合金的三种基体组织分别为α合金、(α+β)合金和β合金，我国分别以TA、TC和TB表示，其中TC4钛合金最受青睐。

国内外学者对钛合金进行了大量研究工作，特别是对TC4钛合金进行了深入研究。

关键词：钛合金；切削加工；现状；发展趋势钛合金具有低密度、高韧性和强抗腐蚀性等优点，常被用于制造航空发动机关键零部件，如叶轮和叶片。

优异的物理特性提升了钛合金的服役性能，但同时也增加了加工难度，如刀具寿命短、加工表面质量不可控等问题，使得钛合金成为典型的难加工材料。

钛合金切削过程中产生锯齿形切屑，不仅导致切削力的周期性波动，而且影响加工零件的表面质量。

此外，由热塑性变形引起的表面残余应力对零件的疲劳寿命和服役性能也有显著影响。

因此，准确预测切屑形态和表面残余应力对刀具设计和工艺优化具有重要指导意义。

1 钛合金切削仿真技术研究现状通过建立高速切削三维有限元模型，对切屑的形成过程进行了仿真研究。

研究发现最大应力值出现在第Ⅰ变形区，最大切削温度出现在第Ⅱ变形区。

模型只考虑了模型底部的完全约束，并未考虑夹紧和夹具的定位对加工变形的影响。

另外，建立了变刚度三维仿真模型和热力耦合三维动态铣削模型，误差控制在0.0681mm和0.0255mm内，但为了减小计算量，两种模型均为简化模型。

还建立了高速铣削TC4钛合金的三维全热—力耦合有限元模型，对铣削温度进行了模拟分析结果表明，铣削热只影响被加工表面层的温度，刀具温度随铣削速度和径向切削深度的增加而升高且影响小于切削速度。

在基于TC4钛合金三维铣削有限元仿真模型的基础上，研究发现，切削参数对铣削力的影响程度为轴向切削深度＞刀具速度＞进给速度。

另外，通过建立斜切模型，对最小切削厚度进行了仿真计算，降低了由于切削厚度设置误差导致的最终仿真误差。

TC4钛合金力学性能测试及动态材料模型研究的开题报告1.研究背景随着现代航空航天、船舶、汽车、电子等领域的快速发展，对于更加轻量化、高强度、高刚度的材料需求也越来越强烈。

其中，钛合金因其优良的力学性能和耐腐蚀性，成为在上述领域广泛应用的轻金属材料之一。

TC4钛合金是目前应用最广泛的钛合金之一，具有较高的强度和刚度，但其动态力学特性的研究相对薄弱。

2.研究内容本研究旨在通过对TC4钛合金进行力学性能测试，分析其静态和动态力学特性，并建立TC4钛合金的动态材料模型。

具体研究内容包括：1)静态力学性能测试：通过压缩试验、拉伸试验等静态力学试验，得到TC4钛合金的力学性能参数，包括弹性模量、屈服强度、硬度等。

2)动态力学性能测试：通过冲击试验、高速剪切试验等动态力学试验，研究TC4钛合金在高速应变条件下的力学特性，得到其冲击强度、动态屈服强度等参数。

3)建立动态材料模型：基于静态和动态力学试验数据，建立TC4钛合金的动态材料模型，为实际应用中的结构设计、动态响应分析提供依据。

3.研究意义本研究可以为TC4钛合金在航空航天、船舶、汽车、电子等领域的应用提供参考。

同时，建立TC4钛合金的动态材料模型，可以为相关领域的结构设计、动态响应分析提供更加准确的模拟工具，具有很大的应用价值。

4.研究方法本研究采用的方法包括静态力学试验和动态力学试验两种。

静态力学试验采用万能试验机进行压缩试验、拉伸试验等；动态力学试验采用冲击试验机、高速剪切试验机等设备。

通过对试验数据的分析，得到TC4钛合金的力学性能参数，并建立其动态材料模型。

5.论文结构本研究将分为以下几个章节：第一章：绪论，介绍本研究的背景、研究内容和意义。

第二章：相关理论和方法介绍，包括静态力学试验和动态力学试验的原理和方法。

第三章：试验设计和数据分析，详细介绍试验的设计和实施过程，并对试验数据进行分析处理。

第四章：TC4钛合金力学性能分析，包括从试验数据中得到的弹性模量、屈服强度、硬度等参数分析。

钛合金TC4零件的加工工艺研究摘要】本文介绍了钛合金材料基本特性,并着重从零件加工方面介绍了钛合金TC4切削加工的特点、加工技巧以及加工过程中的注意事项。

【关键词】钛合金加工化学中图分类号：TH161文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2020）07-051-02前言近些年，随着军用装备的研发与制造不断向着轻便、灵活方向发展，为了满足战斗装备对战斗性能要求，除了采用先进的设计技术外，还必须采用性能优良的材料以及先进的工艺制造技术，其中提高钛合金零件的选用、提高先进钛合金应用水平也是措施之一。

钛合金TC4材料具有强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性能好、化学活性大、导热弹性小等优点，故近年来随着航空航天的飞速发展，钛合金TC4零件在航空航天领域的使用范围逐年增长，所占比例逐渐增大。

但TC4的切削性能较差，影响TC4零件的加工质量和效率。

一、钛合金TC4材料加工特性分析通过对8个批次（1000件）TC4材料的零件加工研究，掌握钛合金TC4的加工性较差的主要表现为：切削刀具寿命短；切削过程温度高；同等面积相对切削力大；易出现冷硬现象。

并针对其特点进行了原因分析：(1)切削刀具寿命短：由于钛合金TC4对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损,尤其在车削钛合金TC4时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重。

若TC4原材料毛坯经过模锻、自由锻、冲压等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金TC4加工中最困难的工序。

另外钛合金TC4材料的导热系数低。

切屑面与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削变形区和切削刃附近的较小范围内，加工时切削刃刃口处会产生极高的切削温度，也会大大缩短刀具寿命。

(2)切削过程温度高：由于钛合金TC4的导热系数很小，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。

TC4钛合金切削过程的有限元模拟TC4钛合金因其优异的综合性能，在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。

而钛合金的切削加工一直是一个具有挑战性的过程，原因在于其高硬度、高切削温度和高切削力等特性。

为了改进切削过程的效率和品质，有限元模拟成为一种有效的工具。

下面，我们将对TC4钛合金切削过程的有限元模拟进行详细介绍。

有限元模拟是一种基于数值方法的模拟技术，将实际的切削过程转化为数学模型，并利用计算机软件对其进行求解和分析。

通过有限元模拟，我们可以预测切削过程中的切削力、切削温度和切削变形等参数，从而优化切削过程的参数和工艺。

首先，我们需要建立切削过程的有限元模型。

模型的建立需要考虑切削刀具、工件和切削区域的几何形状和材料特性等因素。

在切削模型中，采用实体元素表示切削刀具和工件，并将切削区域离散化为小网格。

对于TC4钛合金的材料特性，我们需要考虑它的塑性变形、热传导和变形硬化等因素。

接下来，我们需要定义切削过程的边界条件。

边界条件包括刀具的加工速度、切削深度和进给速度等参数。

同时，还需要考虑切削液的冷却效果和摩擦系数等因素。

这些参数将直接影响切削过程中的切削力和切削温度。

有限元模拟过程中，我们需要选择合适的切削模型和数值求解方法。

切削模型一般包括切削力模型、切削温度模型和切削变形模型等。

对于TC4钛合金的切削过程，我们可以选择Johnson-Cook模型或者经验公式来描述切削力和切削温度的变化。

数值求解方法一般采用有限元软件进行计算，如ANSYS、ABAQUS等。

最后，我们需要对有限元模拟结果进行验证和分析。

模拟结果包括切削力、切削温度和切削变形等物理量的分布和变化规律。

通过与实际切削加工结果的对比，可以评估模拟的准确性，并进行参数优化和工艺改进。

总结起来，TC4钛合金切削过程的有限元模拟是一种重要的工艺优化工具。

通过模拟，我们可以预测切削过程中的切削力、切削温度和切削变形等参数，从而优化切削过程的参数和工艺。