紧固孔的加工工艺对其表面残余应力的影响

检测了 5种制孔工艺在飞机装配紧固孔内所产生的表面周向残余应力 ;分析了影响残余应力的因素 ;探讨了残余应力对紧固孔疲劳寿命的影响     

制孔工艺对紧固孔疲劳性能的影响

分别在传统制孔工艺和Winslow制孔工艺下,对7050T7351铝合金材料的双犬骨连接件疲劳试验结果进行对比与可靠性分析;基于当量初始裂纹（EIFS）理论和符合性判据,计算不同制孔工艺下的原始疲劳质量;采用体视显微镜和扫描电镜对疲劳断口进行分析;对Winslow制孔工艺强化机理进行了定性的探讨。研究表明：改进工艺后,紧固孔的疲劳寿命均有所提高,分散性降低,疲劳强度增加;紧固孔的当量初始裂纹小于0．125mm,符合抗疲劳耐久性设计的要求;裂纹形核的位置不变,裂纹扩展区疲劳条带变窄。     

制孔工艺对开孔试件疲劳寿命影响的定量分析

为了研究开孔试件的制孔工艺对结构疲劳寿命的影响,对采用winslow制孔工艺和传统制孔工艺的铝合金试验件分别进行疲劳试验。结果表明:Winslow制孔工艺下试件疲劳性能明显增强,平均疲劳寿命是传统制孔件的1.7倍。用统计学方法对实验数据进行分析,发现在95%的置信度下,Winslow制孔工艺中值疲劳寿命是传统制孔工艺中值疲劳寿命的1.3-2.07倍。     

飞机结构紧固孔制孔工艺对表面加工质量的影响

在简要介绍试验件及其紧固孔加工工艺的基础上,针对制孔工艺对紧固孔加工精度、表面粗糙度、加工硬化、加工残余应力的影响进行了深入地研究。     

孔冷挤压有限元仿真中的铰削分界面位置确定方法

开展孔冷挤压过程有限元仿真计算是残余应力分布获取和疲劳寿命预测的前提。在有限元建模阶段，设置铰削层单元与基体材料单元之间的分界面，是模拟铰制终孔工艺过程的关键。通过弹塑性力学分析，建立了挤压强化过程芯棒、衬套和被挤压强化连接孔的应力分析方法；基于分析中得到的不同位置处微单元的径向位移量，建立了铰削分界面相对位置计算模型。并开展了关键参数的敏感性分析，定量研究了关键参数变化对残余应力分布和径向位移量的影响程度。本工作为孔冷挤压强化有限元模型建立中，铰削层单元与基体材料单元分界面相对位置确定，提供了便捷可靠的方法。     

开缝衬套冷挤压孔工艺参数研究

对开缝衬套冷挤压机和芯棒直接冷挤压孔的工艺方法进行了比较，并对开缝衬套冷挤压孔工艺参数进行研究，同时对孔挤压后铰削量与疲劳寿命的关系以及孔挤压后残余应力释放进行了研究 。     

钛合金TB6连接孔挤压强化残余应力及疲劳寿命试验研究

针对钛合金TB6连接孔,研究直接芯棒挤压强化工艺参数对钛合金耳片的强化效果,表征不同挤压量和挤压次数下连接孔塑性变形量、孔壁残余应力和表面粗糙度,测试挤压强化前后耳片的拉–拉疲劳寿命,分析疲劳断口的形貌特征及疲劳寿命提升的原因。结果表明,挤压强化几乎不能改善孔壁表面质量,但可以使孔壁发生剧烈的塑性变形,引入一定的残余压应力;随着挤压量的增大,塑性变形量增大,残余压应力引入峰值和深度均明显增大,衰减速度减小,而挤压次数的影响相对较小;挤压强化后疲劳寿命显著提高,经由3%挤压量挤压强化后的耳片疲劳极限提升至少38%。     

孔强化对7050铝合金残余应力分布的影响

采用开缝衬套冷挤压工艺对飞机用7050铝合金进行挤压强化,针对不同挤压量及铰削量对孔边残余应力分布的影响进行对比,分析得到挤压量及铰削量与残余应力分布的关系.研究表明:采用冷挤压孔强化技术可以改善孔边应力分布,形成有利的残余压应力层.强化后铰孔会减弱残余压应力,对于φ6mm孔铰削量应控制在0.16mm范围内.残余压应力随强化量的增加而增大,5％的挤压量残余压应力值最大达到-276MPa.     

大直径交点孔螺旋铣精加工技术研究

在飞机装配过程中经常需要进行大直径交点孔的精加工。交点孔的直径大、材料工艺性差导致精加工时切削力大、振动大,不同耳片间初孔不同心导致刀具受力不均易引偏,装配制孔作业环境复杂导致大型加工设备使用困难。目前主要加工方法为使用自动进给钻进行多次的扩孔和铰孔,制孔效率低、使用刀具种类多、成本高。螺旋铣孔是航空航天领域出现的制孔新方法,在难加工材料大直径孔加工中,与传统的钻、扩、铰工艺相比具有更好的制孔质量和效率,尤其在扩孔加工时,螺旋铣孔刀具不会被初孔引偏,优势明显。基于便携式螺旋铣孔装备,开展了大直径交点孔扩孔精加工试验,检测了加工孔的尺寸精度和孔壁表面质量,并进一步研究了孔壁表面完整性,结果表明,孔径尺寸精度优于±0.05 mm,孔壁粗糙度优于R_a1.6μm,验证了采用螺旋铣孔方法实现飞机装配交点孔精加工的可行性。     

基于加工表面完整性的TB6精铣参数优选

TB6高强度钛合金因其优良的比强度和热变形性能被广泛应用于航空领域,是制造直升机旋翼系统主承力结构件和起落架的主要材料.为了使零件获得较佳的疲劳性能,基于加工后的表面完整性指标对其精铣加工参数进行了优选.试验结果表明,每齿进给量fz对加工后的表面粗糙度Ra和表面残余压应力σH有较大影响,随着每齿进给量fz的不断增大,表面粗糙度Ra近似线性增大,表面残余压应力的幅值也随之增大;线速度vc主要影响加工表面显微硬化率,显微硬化率随线速度的增大而降低;径向切宽ae对加工表面残余应力也有较大的影响,随着ae的增大,加工表面残余压应力的幅值逐渐降低.因此,从提高零件疲劳寿命的方面考虑,在满足例如零件表面质量要求和生产效率等各项生产要求的前提下,应尽可能降低铣削线速度,减小径向切宽,提高每齿进给量,适当选择轴向切深.     

激光冲击强化铝合金小孔构件的疲劳寿命研究

研究了激光冲击强化对7050-T7451铝合金小孔件疲劳寿命和断口形貌的影响。采用ABAQUS对峰值压力2.7GPa下小孔构件孔壁与表面上的应力分布进行了研究,并基于仿真结果对试样进行激光冲击强化试验和疲劳拉伸试验。结果显示,激光双面冲击强化在板料两侧形成一定深度的残余压应力影响层,而在中心形成一定范围的残余拉应力层,这也是导致疲劳源由孔角向孔壁中心转移的主要原因;在应力水平165.8MPa、195.0MPa和275.4MPa下,试样的疲劳寿命分别平均可增大451%、216%、116%;经激光冲击强化后,试样的疲劳源位置由孔角转移至孔壁内部,且疲劳裂纹扩展区面积明显增大。研究表明,激光冲击强化能明显改善铝合金小孔构件的疲劳性能,但强化效果随外加载荷的增加逐渐减小。     

冷挤压强化对GH4169合金孔结构室温低循环疲劳寿命影响

对GH4169合金中心孔板材试样进行冷挤压强化,测试了挤压前后GH4169中心孔板材试样在663 MPa/20℃条件下的低循环疲劳寿命;分别采用扫描电镜、X射线衍射残余应力仪、表面轮廓仪分析了疲劳断口、疲劳过程中残余应力场的演化以及表面形貌。结果表明:冷挤压强化后孔结构的疲劳寿命提高为原始试样的2.6倍。冷挤压强化对孔壁的强化效果使得冷挤压试样疲劳源萌生于倒角处单源,而原始试样萌生于孔壁多源。经过50000周次疲劳实验,冷挤压强化残余压应力有所松弛,但进口端与出口端的表面残余应力分别保持了55%和75%。冷挤压后孔壁表面粗糙度R_a由0.354μm减小到0.297μm。     

TB6钛合金抛光表面完整性试验

针对目前TB6钛合金类零件主要依靠手工抛光的技术问题,提出了羊毛毡轮数控抛光工艺,研究了抛光参数对表面粗糙度、表面硬度、表面残余应力的影响,进行了羊毛毡轮抛光参数优化,优选出了一组抛光参数:线速度v_s=19.63m/s,进给速度v_f=300mm/min,预压量a_p=0.5mm,加工行宽w=0.5mm。在此抛光参数下,羊毛毡轮抛光能够有效去除铣削刀纹,抛光后表面粗糙度R_a=0.15μm,并且抛光后表面残余应力为压应力。试验结果表明,该抛光方法能够有效地改善零件的表面完整性。     

二次孔挤压强化对Ti1023钛合金孔疲劳性能影响

采用X射线应力仪、粗糙度检测仪和透射电镜等对Ti1023钛合金孔挤压表面层性能进行对比分析,讨论带衬套孔的强化机理。结果表明：孔挤压(过盈量1%~3%)强化改善了孔壁表面粗糙度( Ra 从1.722μm降低到了0.349μm),增加了钛合金表面硬度(Hv值从32提高到了38),引入了残余应力场分布,从而改善了钛合金的微动疲劳性能(极限值从385 MPa提高到了619 MPa)。     

旋转条件下切割SiC 单晶片实验研究

通过旋转条件下切割SiC单晶片,分析了切片表面微观形貌特点,研究了线锯速度、工件进给速度和工件转速对切片表面粗糙度与切向锯切力的影响规律。结果表明:增加工件旋转,切片表面平整光滑,沿线锯运动方向没有明显沟槽及凸起,质量明显得到改善;当转速由0增加到12 r/min时,切片表面粗糙度由1.532μm降到0.513μm;线锯速度和工件旋转速度增大、工件进给速度减小,切向锯切力减小,表面粗糙度减小。当线锯速度和工件旋转速度过大,切向锯切力和表面粗糙度反而会有所增加。     

铝合金结构腐蚀疲劳裂纹扩展与剩余强度研究

 在3.5%NaCl腐蚀溶液环境下对含中心孔LY12 CZ铝合金紧固件的疲劳裂纹扩展进行了试验研究，得到3种不同频率下紧固件的腐蚀疲劳裂纹扩展曲线。试验结果说明，随着频率的增加，腐蚀疲劳裂纹扩展速率逐渐降低，腐蚀溶液中疲劳裂纹扩展速率比在空气中大。以试验数据为基础，结合裂纹扩展分析软件AFGROW，提出一种可以用数值方法模拟腐蚀疲劳裂纹扩展的方法，模拟结果和试验结果符合较好。对紧固孔试验件利用2种失效模式进行了剩余强度分析，得到腐蚀环境下紧固孔结构的剩余强度曲线。     

TC4钛合金侧铣加工表面形貌分析及工艺参数优化

TC4钛合金是 1种典型的不易加工材料,其切削加工表面质量很难控制。为实现面向侧铣加工表面形貌的切削工艺参数优选,开展了 TC4钛合金侧铣加工实验研究。首先,探究了加工表面微观缺陷特征及其形成机制;然后,采用粗糙度参数 Ra和 Sa对铣削表面形貌进行定量表征,并分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度参数的影响;最后,基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对铣削工艺参数进行了优化。研究发现,加工表面微观缺陷主要有进给刀痕等固有缺陷和黏附颗粒等随机缺陷。铣削表面粗糙度随主轴转速的增大先减小后增大;随径向切深的增大先增大后减小;随进给量先增大后减小。在主轴转速 n = 1 093 r/min、径向切深 ae = 0.2 mm、每转进给量 f = 0.06 mm/r的条件下可以获得较小的表面粗糙度。     

Investigation on surface roughness,residual stress and fatigue property of milling in-situ TiB2/7050Al metal matrix composites

For higher efficiency and precision manufacturing, more and more attentions are focused on the surface roughness and residual stress of machined parts to obtain a good fatigue life. At present, the in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites are widely researched due to its attractive properties such as low density, good wear resistance and improved strength. It is of great significance to investigate the machined surface roughness, residual stress and fatigue life for higher efficiency and precision manufacturing of this new kind material. In this study, the surface roughness including two-dimensional and three-dimensional roughness, residual stress and fatigue life of milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites were analyzed. It was found from comparative investigation that the three-dimensional surface roughness would be more appropriate to represent the machined surface profile of milling particle reinforced metal matrix composites. The cutting temperature played a great role on the residual stress. However, the effect of increasing cutting force could slow down the transformation from compressive stress to tensile stress under 270 °C. An exponential relationship between three-dimensional roughness and fatigue life was established and the main fracture mechanism was brittle fracture with observation of obvious shellfish veins, river pattern veins and wave shaped veins in fracture surface.     

难加工材料缓进给磨削加工表面完整性的试验研究

 利用X射线应力仪、显微硬度计、俄歇电子能谱仪、扫描电镜和金相显微镜系统地研究了难加工材料缓进给磨削的表面完整性,讨论了表面粗糙度、冷作硬化、残余应力及其分布、表面层元素的分布以及试件的疲劳性能。 试验表明,缓进给磨削的表面完整性优于铣削和普通磨削。