钛合金TB6铣削参数对表面完整性的影响研究

通过TB6钛合金的侧铣加工试验,研究了工艺参数对钛合金加工表面完整性的影响规律.试验结果表明:每齿进给量的变化对加工表面形貌和粗糙度的影响最大;增大每齿进给量和铣削宽度,表面残余压应力有所增大,残余应力影响层变深,材料的硬化深度和硬化程度也有所增大;每齿进给量和铣削宽度的变化对塑性变形层的深度影响较小.     

高速铣削参数对TC17钛合金表面变质层的影响

为优化TC17钛合金球头铣刀高速铣削参数和为控制表面变质层提供实验依据,采用中心复合响应曲面法,建立表面粗糙度预测模型,采用方差分析对模型和输入参数的显著性进行检验,分析铣削参数对表面粗糙度的影响规律,同时对高、中、低三种铣削参数水平下的残余应力、显微硬度和微观组织进行检测。结果表明:该模型可以有效预测球头铣刀高速铣削TC17钛合金后的表面粗糙度,每齿进给量和铣削宽度对表面粗糙度影响显著;铣削后表面为残余压应力状态,随着铣削参数水平的增大,表面残余压应力增大,残余压应力层在20μm左右;表层显微硬度经历了"热软化-加工硬化-趋于稳定"的过程;表层晶粒出现了破碎、弯折,塑性变形层厚度约为10μm。     

铝锂合金高速铣削表面质量的试验研究*

针对新型轻量化航空结构材料铝锂合金高速铣削后表面质量的不确定性和不易预测等问题,对铝锂合金进行了高速铣削试验。试验结果表明：高速铣削铝锂合金时,表面粗糙度随转速变化的趋势不明显,但随着每齿进给量的增加会不断增大;加工表面会出现切削波纹、微小坑洞、残留切屑以及由切削振动引起的毛刺等。此外,并未发现因铣削加工引起的表面微裂纹,表层金相组织并未出现明显改变且表面残余应力幅值较小。     

γ-TiAl合金铣削加工表面残余应力研究

为了探索高温理想结构材料γ-Ti Al合金铣削表面残余应力特性,结合正交试验数据处理方法中的极差分析法,建立各工艺因素情况下不同水平对表面残余应力的关系曲线,并对其工艺过程中的热力影响机理进行分析;同时建立面向残余应力的各因素灵敏度数学模型,进而确定以获取较大残余压应力为目标的工艺参数优选区间。研究表明:在试验参数限定范围内,步进方向以及进给方向均呈现为残余压应力,主要原因是冷塑性变形占主导作用。通过对灵敏度数学模型进行分析,发现残余应力对设计变量中的铣削速度变化最敏感,对每齿进给量、铣削深度和铣削宽度的敏感程度近似相同,为Ti Al金属间化合物铣削表面残余应力控制研究提供了理论依据。     

面向加工表面粗糙度的钛合金高速铣削工艺参数区间敏感性及优选

钛合金高速铣削以高效率、高质量的优点广泛应用于航空航天行业.针对高速铣削中表面粗糙度的工艺控制,提出了基于表面粗糙度经验模型的工艺参数灵敏度和相对灵敏度概念.通过高速端面铣削正交试验,建立了面向表面粗糙度的工艺参数灵敏度和相对灵敏度数学模型,研究了工艺参数区间敏感性分析方法,给出了工艺参数稳定域和非稳定域的划分原则和方法.结合正交试验法中的极差分析方法获得了不同切削工艺参数对表面粗糙度的影响曲线,提出了工艺参数区间的优选方法.研究结果表明:TC11钛合金高速铣削时,表面粗糙度对铣削速度的变化最为敏感,对每齿进给量变化敏感次之,对铣削宽度和铣削深度的变化不敏感;铣削速度优选在314～377 m/min范围,每齿进给量优选在0.03～0.05 mm/z范围,可控制表面粗糙度在0.6 μm以内.为优化钛合金材料高速铣削工艺以及进行表面粗糙度控制研究提供理论方法和试验依据.     

高速干切削工件表面残余应力分析

建立了金属正交切削的热力耦合有限元模型,对难加工材料GH4169进行非稳态的干切削加工模拟,得到卸载后不同切削速度下工件表面应力场、温度场的分布。分析了不同切削速度下工件残余应力的分布规律以及对工件抗疲劳性能的影响。结果表明,随着切削速度的增大,工件表层的残余拉应力整体上呈现增大的趋势,但在表层迅速下降转化为压应力,并在100~140μm处出现峰值,然后逐渐减小,并且随着切削速度的增大压应力层有向内部深入的趋势,这有利于提高工件的抗疲劳性能,为高速干切削难加工材料的工艺研究提供了参考依据。     

高速铣削GH4169切削力及表面粗糙度研究

使用TiAlN涂层硬质合金刀片进行高温合金GH4169的高速铣削正交试验,利用最小二乘法对试验数据进行了回归分析,建立了铣削力和表面粗糙度的经验公式,分析了高速铣削高温合金GH4169条件下切削参数对切削力和表面粗糙度的影响规律。结果表明:切削深度对铣削力影响最大,其次是切削速度和每齿进给量;进给量是影响表面粗糙度的最主要因素,其次是切削深度和切削速度。     

TC17钛合金高速铣削表面粗糙度及参数灵敏度研究

采用单因素试验法,对硬质合金刀具高速铣削TC17钛合金时,切削参数对表面粗糙度的影响规律进行了研究,为钛合金整体叶盘叶片类零件精加工的高速切削工艺参数优化提供了试验依据.对切削参数的灵敏度进行了分析,可以看出,每齿进给量对表面粗糙度的影响最为敏感,其次是切削速度和铣削深度.     

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.     

镍基高温合金铣削加工的残余应力研究

对硬质合金与陶瓷两类不同刀具分别以低速湿式铣削和高速干铣削方式加工镍基高温合金GH4169时的已加工表面残余应力进行研究.采用X射线衍射法测量铣削后的工件表面残余应力.采用涂层硬质合金刀具在较低铣削速度30～90m/min并浇注切削液的条件下铣削GH4169时,可在工件表面形成残余压应力或相对较小的残余拉应力,对残余应力数据进行统计分析.结果表明,刀具和铣削速度对表面残余应力均有显著影响,而且表面残余应力总体上随着每齿进给量的增加而呈现拉应力增加的趋势.采用涂层Al2O3-SiCw和Sialon陶瓷刀具以较高铣削速度300～1100m/min干铣削GH4169时,工件表面都将形成很大的残余拉应力.镍基高温合金GH4169的精加工更适合采用硬质合金涂层刀具并浇注切削液充分冷却,而陶瓷刀具干铣削则更适合于GH4169的粗加工.     

TC4钛合金盘铣开槽加工残余应力

整体叶盘盘铣开槽加工过程中铣削力大,铣削温度高,会在加工表面表成较深的残余应力层,对零件的疲劳寿命造成严重影响。为提高零件的疲劳寿命,本文以钛合金试块为研究对象,利用残余应力测试分析系统测量表面残余应力,利用拨层法测量次表面的残余应力,采用线性回归技术建立残余应力预测模型,并利用极差分析法分析工艺参数对残余应力的影响规律。试验结果表明:盘铣表面均为压应力,且轮毂面上的残余应力大于叶盆叶背面上的残余应力,均由挤光效应引起;回归预测模型的显著性水平为0. 01,其回归效果良好;各因素对σAx、σAy(σAx、σAy分别表示轮毂面x、y方向残余应力)的影响程度依次为主轴转速>进给速度>切削深度;对σBx(σBx表示叶盆叶背面x方向上的残余应力)的影响程度依次为主轴转速>切削深度>进给速度;残余应力纵向均为压应力,轮毂面上的分布深度为230~270μm,叶盆叶背面上的分布深度为170~175μm。     

钛合金切削挤压复合攻丝研究

将切削挤压复合攻丝新方法成功地用于高强度钛合金内螺纹的加工,这种方法不仅可以减小挤压扭矩而且能够强化螺纹根部。加工的挤压螺纹表面有一层纤维沿其牙形连续分布。利用云纹干涉法测得牙根处的最大残余压应力为120MPa左右。疲劳对比试验结果表明,在相同应力水平下,经挤压强化螺纹的疲劳寿命大约是未强化螺纹的３倍,这主要归因于挤压螺纹表面高的残余压应力,高的纤维密度和低的粗糙度。     

超高强度钢立铣工件温度分析及对加工表面质量的影响

以航空难加工材料300M钢为研究对象,基于立铣加工中的工件温度判断在铣削加工中是否出现了金相组织转变,进而分析不同工况下影响加工表面质量的因素。首先,将移动热源法应用于铣削加工中,计算考虑后刀面磨损的立铣加工工件温度,实验表明,计算值与实验值相比误差在10%以内。然后,分析了工件温度在时间上与空间上的分布,以及不同刀具磨损和加工参数条件下工件表面的温升规律,据此预测加工表面是否出现了组织转变,并结合金相组织观察进一步确认。最后,依据加工表面质量物理层面残余应力和显微硬度的检测数据,初步探讨了各因素对表面质量的影响。结果表明,在研究的加工参数范围内,并未达到金相组织转变温度,表面质量主要受铣削热力作用下的剪切面塑性凸出效应、后刀面挤光效应和热效应的影响。     

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.     

TC17钛合金铣削刀具磨损对残余应力影响研究

为了获得高性能航空发动机用TC17钛合金材料铣削过程中刀具磨损对残余应力的影响规律,通过对不同刀具后刀面磨损量下铣削工件表层残余应力的测试,建立了刀具磨损对残余应力的影响关系,并对影响机理进行了分析。结果表明,硬质合金刀具低速铣削钛合金时,刀具对已加工表面的挤光效应引起的残余压应力占主导地位;不同刀具后刀面磨损量下,残余压应力沿深度方向先增大达到一个最大压应力值后,然后减小趋向于零应力;表面残余应力、最大残余压应力以及残余应力的影响深度都随刀具后刀面磨损量的增大呈增大趋势。     

残余应力对加工变形影响的分析与模拟

为了研究材料去除过程中残余应力的重新分布及该过程所引起的工件变形,假设在该过程中没有引入另外的应力,采用理论计算和有限元模拟的方法对含有已知单向应力情况的矩形板进行了求解,计算了在剥层过程中的曲率、挠度和残余应力,并分析了剩余部分的残余应力变化趋势。结果表明理论解与有限元解获得了极好的吻合。采用有限元法进一步研究了材料去除过程中,单向和双向残余应力对加工变形的影响以及最终残余应力分布规律的异同。     

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。     

超声喷丸与传统喷丸对TC4 钛合金残余应力影响的仿真分析

为了预测喷丸TC4钛合金试件的残余压应力层深度及值的分布和冲击面凹坑的直径、深度特征曲线及表面形貌的变化,采用ABAQUS/Explicit软件建立2个3D模型。通过超声喷丸与传统喷丸2种工艺过程数值仿真对比了表面残余应力场差异,分析了TC4钛合金弹丸直径、速度和冲击次数等喷丸参数对残余应力分布的影响。结果表明:当动能相同时,2种强化过程表面所产生的残余压应力是可比较的,超声喷丸模型亚表层残余应力深度为0.16 mm,约为传统喷丸模型深度的2倍;传统喷丸产生的残余压应力最大值约-800 MPa,约为超声喷丸的1.6倍。与传统喷丸相比,超声喷丸具有较低的表面粗糙度以及较深的残余压应力层。残余压应力层深度与弹丸直径呈正相关,但过大的弹丸尺寸会引起薄壁件另一侧残余拉应力区域的增大。     

渗碳钢在接触疲劳过程中表面层的残余应力

对18Cr2Ni4WA钢表面渗碳层内的残余应力在接触疲劳过程的变化进行了跟踪。钢经930℃ 4h渗碳,850℃二次淬火,170℃ 2h回火,磨削加工后,表面硬度HRC 55～57,直径60mm的滚子试样转速1470r/min,滑差-5％,30号机油润滑,油温35～45℃,最大接触应力2668MPa,不同循环周次后用x射线应力分析仪测定残余应力沿表面层的分布,用x射线衍射仪测定残余奥氏体。结果表明,渗碳硬化处理后,在表面层所形成的残余压力在整个接触疲劳过程中变化不大,残余奥氏体转变、马氏体分解也很少。高的组织稳定性是残余应力稳定的主要原因。