鈦合金Ti-6Al-4V螺旋銑孔過(guò)程表面完整性研究.pdf

1、鈦合金鈦合金Ti6Al4V螺旋銑孔螺旋銑孔過(guò)程過(guò)程表面完整性研究表面完整性研究ResearchonSurfaceIntegrityofTitaniumAlloyTi6Al4VinHelicalMillingProcess學(xué)科專(zhuān)業(yè)：機(jī)械工程研究生：江躍東指導(dǎo)教師：何改云教授秦旭達(dá)副教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一三年十二月摘要由于其優(yōu)異的材料性能，鈦合金在航天航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，因?yàn)槠浠瘜W(xué)活性高、熱導(dǎo)率低、彈性模量低等材料特性，鈦合

2、金航空結(jié)構(gòu)件的制孔質(zhì)量難以保證，成為航空制造領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。螺旋銑孔加工工藝作為一種新型的制孔工藝正在成為針對(duì)鈦合金等難加工材料的理想制孔技術(shù)。表面完整性是描述、評(píng)價(jià)加工過(guò)程在工件表面層內(nèi)可能產(chǎn)生的各種變化的重要技術(shù)指標(biāo)。本文以Ti6Al4V鈦合金為研究對(duì)象，開(kāi)展鈦合金螺旋銑孔加工表面完整性研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：基于螺旋銑孔切削機(jī)理，分別設(shè)計(jì)了鈦合金Ti6Al4V螺旋銑孔加工單因素與正交試驗(yàn)，建立鈦合金螺旋銑孔加工切削力測(cè)量平臺(tái)。分析

3、結(jié)果表明，螺旋銑孔工藝能夠有效降低鈦合金切削過(guò)程的切削力（最大均值約為鉆孔時(shí)的25%），切削過(guò)程中的較小切削載荷為獲得理想孔壁表面完整性提供可能。針對(duì)Ti6Al4V鈦合金螺旋銑孔加工開(kāi)展表面完整性研究，分析螺旋銑孔加工參數(shù)對(duì)粗糙度、顯微硬度分布、殘余應(yīng)力分布及顯微組織結(jié)構(gòu)變化的影響規(guī)律。測(cè)量結(jié)果表明，鈦合金孔壁粗糙度較小（最大Ra0.328μm）；孔壁出現(xiàn)的適度加工硬化現(xiàn)象有利于提高孔壁耐磨性（孔壁硬化程度最大138%）；孔壁表層殘余應(yīng)

4、力分布均為壓應(yīng)力，孔的疲勞強(qiáng)度得到提高；由于機(jī)械和熱載荷較小沒(méi)有出現(xiàn)“白層”現(xiàn)象。通過(guò)以上分析，驗(yàn)證了螺旋銑孔加工技術(shù)在提高鈦合金制孔表面完整性的可能性。最后，基于改進(jìn)型Zmap模型建立了孔壁三維表面形貌仿真模型用于預(yù)測(cè)螺旋銑孔加工后孔壁的表面輪廓外形。該表面形貌仿真模型考慮了刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，表面粗糙度值將從三維表面形貌仿真模型推導(dǎo)出來(lái)，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該三維表面形貌仿真模型。仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合程度較高。本文對(duì)Ti6Al4V鈦