鈦合金Ti-6Al-4V螺旋銑孔過程表面完整性研究.pdf

1、鈦合金鈦合金Ti6Al4V螺旋銑孔螺旋銑孔過程過程表面完整性研究表面完整性研究ResearchonSurfaceIntegrityofTitaniumAlloyTi6Al4VinHelicalMillingProcess學(xué)科專業(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，因為其化學(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、評價加工過程在工件表面層內(nèi)可能產(chǎn)生的各種變化的重要技術(shù)指標(biāo)。本文以Ti6Al4V鈦合金為研究對象，開展鈦合金螺旋銑孔加工表面完整性研究，主要研究內(nèi)容如下：基于螺旋銑孔切削機(jī)理，分別設(shè)計了鈦合金Ti6Al4V螺旋銑孔加工單因素與正交試驗，建立鈦合金螺旋銑孔加工切削力測量平臺。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程的切削力（最大均值約為鉆孔時的25%），切削過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Ti6Al4V鈦合金螺旋銑孔加工開展表面完整性研究，分析螺旋銑孔加工參數(shù)對粗糙度、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。測量結(jié)果表明，鈦合金孔壁粗糙度較?。ㄗ畲驲a0.328μm）；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)械和熱載荷較小沒有出現(xiàn)“白層”現(xiàn)象。通過以上分析，驗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運動，表面粗糙度值將從三維表面形貌仿真模型推導(dǎo)出來，并用實驗驗證該三維表面形貌仿真模型。仿真結(jié)果與試驗結(jié)果吻合程度較高。本文對Ti6Al4V鈦