航空涡扇发动机被誉为现代工业技术皇冠上的明珠，是关系国家军事安全、国民经济发展的战略性高科技产品，是制约我国航空业发展的主要“瓶颈”之一。现代航空涡扇发动机正朝着大涵道比、大推力、低油耗等方向不断发展。颗粒增强铝基复合材料具有密度低、比强度高、耐磨损、抗疲劳性能好等优点，预期将在下一代涡扇发动机大尺寸风扇叶片的减重/增效方面发挥重要的作用。原位自生型TiB2颗粒增强铝基复合材料(TiB2/Al复合材料)作为一种新型铝基复合材料，具有颗粒尺寸小、分布均匀、与基体材料结合良好等优点，逐渐成为铝基复合材料研究与应用的热点。
　　目前，关于颗粒增强铝基复合材料切削机理的研究主要集中在外加型SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al复合材料)上。由于原位自生型TiB2颗粒与外加型SiC颗粒在颗粒大小、形成机制及颗粒-基体材料结合界面性能等方面的差异，导致两种材料呈现出完全不同的机加性能，现有的铝基复合材料切削理论体系并不能很好地阐释TiB2/Al复合材料的去除机理及切削表面完整性演化过程。
　　为此，本文围绕某型号发动机叶片研制选定的TiB2/7050Al复合材料，深入研究了其切削加工机理难题，在揭示了刀具-切屑-工件多界面作用机制的基础上，建立了切削力/热物理模型；研究了切削力/热耦合作用下材料表面完整性的演化过程；探索了切削表面粗糙度对疲劳寿命的影响机制，分析了其疲劳断裂机理，建立了基于切削表面粗糙度的疲劳寿命预测模型。
　　论文的主要研究内容和创新点如下：
　　1)TiB2/Al复合材料切屑成型机理研究：基于切削实验中高应变率下材料的应力-应变关系，反求并构建了适用于切削有限元仿真的TiB2/Al复合材料J-C本构关系模型；在此基础上，建立了TiB2/Al复合材料切削有限元仿真模型，研究了实际切削过程中难以观测的变形区材料应力、应变、应变率、温度、材料塑性变形等的变化规律；同时，结合不同切削条件下切屑宏观形态、切屑几何参数的变化规律，揭示并阐述了TiB2/Al复合材料切削过程中材料塑性变形过程及切屑成型机理。
　　2)TiB2/Al复合材料切削力/热建模研究：首先，在切屑成型规律、金属切削理论、外加型SiCp/Al复合材料切削机理的基础上，结合原位自生型TiB2/Al复合材料切削特点，建立了TiB2/Al复合材料直角切削力模型，以揭示其切削力产生机理；再结合具体切削条件及刀具几何参数，求解动态切削力系数，建立了适用于实际工程的动态铣削力预测模型。同时，基于移动线热源理论，结合铣刀几何结构及动态铣削力模型，求解了热源分配比，建立了TiB2/Al复合材料切削温度模型，分析研究了平底铣刀铣削工件表面温度的产生机理及变化规律。最后，研究了切削参数对切削力/热的影响规律。
　　3)TiB2/Al复合材料表面完整性研究：通过TiB2/Al复合材料的切削表面完整性实验，探究了切削参数对切削表面粗糙度、残余应力、显微硬度等的影响规律，建立了表面完整性特征参数预测模型；同时，结合切削力/热模型及变化规律，深入剖析了力/热耦合作用对加工样件表面粗糙度、切削表面残余应力、残余应力变质层、亚表层加工硬化等的影响机制，揭示了TiB2/Al复合材料切削表面完整性演化机制。
　　4)TiB2/Al复合材料断裂机制及基于切削表面粗糙度的疲劳寿命建模研究：以TiB2/Al复合材料切削表面完整性研究为基础，结合切削表面形貌重构和有限元仿真分析，重点研究了切削表面粗糙度对疲劳试验样件应力集中的影响规律，建立了切削样件表面应力集中系数模型；同时，观测了疲劳试验样件断口形貌及裂纹拓展规律，分析了TiB2/Al复合材料疲劳断裂机制，建立了基于切削表面粗糙度的TiB2/Al复合材料疲劳寿命预测模型。