拉伸高速铣削对TC4钛合金疲劳性能的影响

提出采用拉伸高速铣削新方法来提高钛合金等难加工材料的疲劳性能.进行了TC4钛合金的拉伸高速干铣削试验,拉伸装夹应力从0～327 MPa,铣削速度从190～570 m/min,其他加工条件保持不变.对铣削件进行低周疲劳试验,建立疲劳裂纹监测系统对疲劳裂纹进行在位停机拍摄,并用JSM-7001F型场发射扫描电镜对疲劳断口进行观察.结果表明在高速铣削中采用拉伸装夹能使试件疲劳寿命提高8%～16%,这归因于拉伸铣削形成了更为有利的表层残余压应力层,延长了疲劳裂纹萌生寿命.     

拉紧条件下铝合金铣削残余应力的试验研究

以铝合金为研究对象,提出将拉紧装夹应用到铣削加工中,以便对加工后工件表层的应力状态进行控制,改善零件的疲劳性能。本文设计了机械式单向拉紧夹具用于铣削试验。通过试验,得出了预应力、工件厚度以及加工参数等对表面残余应力的影响趋势。研究表明,拉紧条件下铣削可以实现对工件表面残余应力的控制,从而获得理想的残余压应力,对改善零件的疲劳性能极其有益。在本试验条件下,获得的工件表面残余应力均为压应力,最大可达-250 M Pa。     

铣削淬硬模具钢SKD11铣削表面质量试验研究

为了对高效铣削淬硬模具钢SKD11的新型铣刀进行优选,对不同几何结构的铣刀加工得到的表面质量进行了分析.综合考虑了加工表面粗糙度、切屑微观形态、硬度及硬化层深度、残余应力分布和晶相组织结构变化等多方面因素,研究了不同铣刀的几何特性及其磨损特性对表面质量的影响.实验结果表明,前角5°,后角10°,刀尖圆弧半径为1 mm,铣刀螺旋角为45°的几何结构铣刀完成了表面完整性试验中.此外,在淬硬钢铣削加工中合理地选择加工参数可以获得0.4μm的表面粗糙度;采用合理的正前角可以抑制锯齿形切屑的产生.铣削淬硬模具钢能在加工表面产生残余压应力,通过增加铣刀后角和抑制后刀面磨损可以推迟加工表面软化现象的发生.     

复合材料疲劳性能的能量耗散试验研究

材料的损伤、屈服、断裂及破坏过程都是一个需要消耗能量的过程,材料的疲劳是.个耗散的过程.通过对T300/QY8911纤维增强复合材料层合板的疲劳试验,应用能量耗散方法对层合板的疲劳性能和损伤进行分析评估,并通过红外热像仪宏观监测试样表面平均温升的变化趋势.主要包括以下几个方面:1)分析铺层方式对能量耗散密度的影响以及能耗密度与材料疲劳性能和损伤的内在联系,发现能耗密度在初始循环阶段(约为循环寿命数的10%)随着循环数的增加上升较慢,在后一循环阶段出现急剧攀升趋势;2)通过监测试样表面甲均温升的变化趋势,发现试样表面温度的宏观变化趋势与能耗密度的变化趋势具有相似性.     

航空用不锈钢磨粒流光整加工表面完整性研究

为研究磨粒流光整加工不锈钢闭式整体叶环的表面完整性，通过对电火花制备的不锈钢试样进行加工时间、加工压强及磨料目数的单因素试验，研究3个因素对加工后表面完整性的影响。结果表明：表面粗糙度Ra随着加工时间的增加而降低，从初始时的1.459μm降至60 min时的0.193μm，降低速率越来越慢，最后趋于稳定。磨粒流加工有效去除了加工表面再铸层。显微硬度在加工后明显降低，由450～950 HV降至270～350 HV且分布均匀性得到改善。显微硬度随着加工时间的增加整体上呈降低趋势，并出现了一定的加工硬化现象。在使用不同目数的磨料进行磨粒流加工后，残余应力由拉应力变为压应力。随着加工时间和加工压强的增加，试样表面越平整，抛光效果越好。     

C/SiC复合材料铣削表面完整性研究

采用PCD刀具进行了C/SiC复合材料的铣削加工实验,通过观察加工表面/亚表面损伤,分析了C/SiC复合材料铣削加工表面形成机制,并结合切削力讨论了铣削参数对加工表面形貌和粗糙度的影响。研究结果表明,C/SiC材料以脆性断裂方式实现去除;加工表面存在纤维的层状脆断、拔出和纤维束断裂等现象;碳纤维区域粗糙度随铣削参数的变化规律与表面微观形貌基本一致;提高切削速度能改善表面质量,增大切深会使表面质量严重恶化,每齿进给量对表面质量影响较小。     

基于连续损伤力学的铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命

基于连续损伤力学理论,对2A12铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命进行了研究。首先采用有限元方法模拟了冲击过程,获得冲击凹坑局部的残余应力场与塑性应变场;然后根据残余应力状态选取疲劳破坏的危险点,通过Lermaitre塑性损伤模型得到危险点的初始损伤;最后根据修正的Chaboche疲劳损伤模型估算疲劳寿命。通过与相关的试验结果进行对比验证,表明连续损伤力学结合有限元分析方法可有效评估金属结构冲击损伤及后继疲劳寿命。     

电火花诱导可控烧蚀放电铣削实验研究

提出了一种电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工方法,在中空管状电极中间歇通入氧气,在氧气通入阶段电火花引燃金属,利用金属燃烧产生的化学能进行烧蚀加工,氧气关闭阶段进行常规电火花铣削修整,保证表面加工质量与精度。通过实验研究了极性、脉冲宽度、脉冲间隔、低压电流、氧气压力和供氧间隔等工艺规准对电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工材料蚀除率和电极相对损耗率的影响。结果表明:该加工方式适合采用正极性加工;电极相对损耗率保持较低的水平;进行粗加工时,应适当增加氧气通入时间,以增加材料蚀除率;进行精整加工时,则应减少氧气通入时间,增加电火花放电时间,以提高表面质量与精度。     

残余应力对零件加工精度的影响分析与工艺改进——以钳工加工燕尾槽为例

钳工加工过程中,残余应力引起的变形是很难避免的。残余应力引起的变形主要是加工过程中产生热应力和机械应力所导致。分析钳工加工燕尾槽的工艺过程,对不同加工工艺试样对比分析发现残余应力会在加工结束后使工件结构的变形大小不同。采用应力预释放法可以明显降低残余应力对工件质量的影响。     

新型损伤容限钛合金高速铣削表面完整性分析(英文)

研究新型损伤容限钛合金TC21在不同的刀具磨损状态下,采用高速铣削与常规铣削的加工表面完整性,重点研究表面粗糙度、加工硬化层、金相组织等因素对表面完整性的影响。结果表明,高速铣削能够获得良好的表面质量并提高加工的效率,同时通过观察加工硬化层与金相组织可以发现,即使是刀具在严重磨损的状态下,也不会出现比较严重的加工硬化现象。     

表面疲劳裂纹监测系统研制

首先介绍了直流电位法－裂纹扩展片检测裂纹的方法和原理。根据直流电位法原理，采用裂纹扩展片测试裂纹的方法。研制了表面疲裂纹监测系统。通过监测系统软件设计，实现对采样数据，波形和图形进行实时屏幕显示，对表面疲劳裂纹扩展进行动态监视。对于不同应力水平作用下的循环时间可计时累加并再现，可为疲劳裂纹形成寿命的预测提供依据。     

基于数值模拟的孔构件挤压强化疲劳寿命预测

为研究飞机机身7050铝合金孔构件挤压强化后的疲劳增益,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对孔构件的挤压强化过程、疲劳加载过程、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展过程进行研究。通过数值模拟探究了孔构件在不同状态下危险截面的应力分布和对应的疲劳行为,分析了残余应力场对疲劳性能的影响,探讨了残余应力与疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的内在联系,建立了孔构件挤压强化疲劳寿命数值预测模型。结果表明：孔挤压强化引入的残余压应力可以减小孔构件在受载时孔壁最大拉应力,改变疲劳裂纹的萌生位置,抑制疲劳裂纹萌生和裂纹扩展,提高7050铝合金孔构件疲劳寿命近2倍,疲劳寿命数值预测模型误差在12%以内。     

基于全场等效损伤测试的累积损伤模型

材料LY12CZ在固定的一组循环数下，对其中每一预定循环数进行不同应力水平的疲劳试验，并测出材料的韧性变化率，以此为损伤变量得到该组循环数下损伤量与交变应力水平关系的曲线族，该曲线族可以转换成相同损伤量下交变应力与循环数关系的等效损伤线族，通过对材料LY12CZ等效损伤线族测试和分析，给出损伤线族方程表达式，由此得到的损伤累积模型可以计算复杂加载下材料的剩余寿命，多级加载实验结果与测试值较好符合。     

拉压、扭转载荷下铸铝合金的亿周疲劳性能研究

应用超声疲劳试验机对铸铝合金2-AS5U3G-Y35在扭转和拉压循环载荷下进行了超高周疲劳性能测试.介绍了超声扭转疲劳试验装置的设计.应用35 Hz常规疲劳试验机和20 kHz的超声疲劳试验机完成应力比R=-1的拉压、扭转疲劳试验,进而研究不同载荷条件、加载频率对铸铝合金超高周疲劳性能的影响.S-N曲线显示,铝合金在105～1010疲劳周次间仍发生疲劳断裂,不存在疲劳极限.断口分析表明,在超高周循环拉压载荷下,疲劳裂纹常萌生于试样次表面材料内部缩孔.与循环拉压载荷下的疲劳断裂机理不同,在循环扭转载荷下疲劳裂纹主要萌生于试样表面,疲劳断裂面为一种典型的沿试样轴向45°的螺旋面,即沿最大主应力平面断裂.扭转疲劳断面清晰的剪切条带表明扭转疲劳断裂实质上是剪切断裂.     

TC-4钛合金材料低频疲劳裂纹扩展速率的测试

本文利用TC-4高压气瓶瓶料加工小试样,进行了低频疲劳裂纹扩展速率的测试。实验结果证明,对TC-4钛合金材料,采用较小尺寸试样测试da/dN是可行的;预制疲劳裂纹时用NASA推荐的最大疲劳应力强度因子K_(max)=0.6K_(1e)是过高的。实验结果还说明,用Paris公式进行数据处理精度是足够的;在低频情况下采用不停机测量裂纹长度是比较好的。本文除了给出da/dN测试结果外,还给出了数据处理的方法。     

三维四向编织复合材料疲劳性能分析

建立基于八边形纤维束截面假设的三维四向编织复合材料单胞模型。基于单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型,结合组分材料的疲劳失效判据和性能突降方法,建立了三维四向编织复合材料疲劳寿命预测模型。利用ABAQUS有限元软件UMAT开发了疲劳寿命预测与渐进损伤分析程序,研究了三维四向编织复合材料在不同应力水平下的损伤扩展过程和疲劳寿命。研究表明,疲劳损伤是从纤维束之间的接触面的单元开始发生损伤破坏,然后向纤维束表面以及纤维束内部开始扩散,并且损伤扩展速率随着应力水平的提高而加快。本文研究为预测三维四向编织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

喷丸强化10Ni3MnCuAl钢的表面性能

对10Ni3MnCuAl钢磨削表面进行不同强度的喷丸强化处理,分析了喷丸强化后10Ni3MnCuAl钢的金相组织及喷丸表层下微观结构的变化,测量了喷丸影响层的显微硬度以及喷丸强化所形成的残余压应力场, 研究了喷丸所造成显微硬度、金相组织和表面残余应力等表面完整变化.结果表明, 喷丸强化可显著改善10Ni3MnCuAl钢表面完整性及其疲劳寿命. 喷丸强度高时将产生过喷效应,导致疲劳寿命的降低,实验测得最佳喷丸强化弧高值为0.40 mm时表面质量最好,喷丸影响层的残余应力深度达450 μm.     

正交芳纶纤维增强复合材料层合板铣削过程中表面脱层缺陷的分析与控制（英文）

芳纶纤维增强复合材料(AFRC)由于比强度高、比刚度高、耐疲劳性好、耐高温防热防腐蚀且可设计性好等特点,被广泛用于航空航天、汽车等大型结构件。由于纤维具有方向性,常常表现为一维织构化,在特定方向上性能较差,材料层间剪切强度小,成为材料在使役过中的重要隐患。为了提高芳纶纤维复合材料结构件的装配精度,通常采取制备材料后通过进行二次加工即切削加工的方法得到规定的形状,满足尺寸精度、表面粗糙度和装配工艺的要求。作者研究了铣削过程中铣削参数对层合板分层缺陷的影响规律,并进行了一系列的铣削试验。针对加工过程中存在的两种不同分层缺陷,撕裂和未切断分层缺陷进行了研究。论文建立了基于脆性断裂的两种不同分层型式的计算方法和模型并阐述了分层缺陷形成机理和规律。并进一步讨论了分层缺陷控制策略和已加工表面完整性的评价方法。论文的研究结果对于优化铣削参数以及表面缺陷的控制具有重要的指导意义。     

拉伸装夹对航空框类零件加工变形影响的有限元分析

拉伸装夹可以改变已加工零件表面的残余应力分布状态,使其向残余压应力的方向转化,这对于提高航空零件的疲劳性能非常有益。但是,对于航空薄壁件来说,由于其结构刚性差,装夹方式不当易引起较大的加工变形,从而影响到其加工精度。本文采用有限元分析方法,模拟分析了拉伸装夹方案对薄壁件加工变形的影响。在保证已加工表面产生所需残余压应力的前提下,从控制薄壁件加工变形的角度出发,对拉伸装夹方案进行了优化。结果表明,采用拉伸装夹对于框类零件加工同样适用,为减小加工变形,拉具和拉撑间距应尽量大,拉伸力尽可能小,拉伸位置尽量放在刚性较强的面上。     

一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法

提出了一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法。首先,运用弹塑性理论模型求解出铆接造成的铆钉孔周边的残余应力。然后,通过三维弹塑性、接触非线性有限元分析(Finite element method,FEM),计算出载荷传递引起的铆钉孔周围的应力分布。将这两个应力场进行叠加,并将沿径向距离疲劳危险部位应力最大处特定距离的点的应力,对照相关材料的光滑试件S-N曲线进行插值,得到疲劳寿命的评估结果。新方法与应力严重系数法(Stress severity factor,SSF)法进行了对比,并通过试验验证了该方法的可行性和准确性。