TC4钛合金条形零件铣削加工表面残余应力测试与分析

航空钛合金零件在铣削加工时表面会产生残余应力层,不仅影响零件的尺寸精度,还严重影响零件的疲劳性能。因此,研究航空钛合金零件铣削加工表面的残余应力分布与变化十分必要。以TC4钛合金条形零件为研究对象,采用化铣剥层法,测试并分析不同铣削用量条件下已加工表面残余应力的分布与变化规律。研究结果表明,TC4钛合金条形零件已加工表面层的残余应力沿层深方向逐渐由压应力变为拉应力;随着切削速度和每齿进给量的提高,残余应力值均相应降低;而随着径向切深的增大,残余压应力值则相应增加。     

钛合金(Ti-6Al-4V)铣削参数对表面完整性影响研究

钛合金被广泛应用到航空航天、生物和化工领域,关于其加工过程中表面完整性的研究受到了相应的关注。文中研究了钛合金侧铣过程中铣削参数对表面完整性的影响规律,为更好地选择铣削参数及进行表面完整性控制提供相关的试验参考依据。研究结果表明:已加工表面的粗糙度随着铣削速度、每齿进给量、铣削宽度和铣削深度的增加而增加;进给方向的残余应力σx和垂直进给方向的残余应力σy均为压应力,随着铣削速度、每齿进给量、铣削宽度和铣削深度的增加,σx和σy总体上具有增加的趋势;已加工表面的显微硬度相比于基体增长了13%~50%,在表面层深度h为20μm处,显微硬度值最小。     

17-4PH汽轮机叶片叶根磨削及铣削表面质量对比

针对磨削和铣削生产的汽轮机叶片叶根,采用体式显微镜、金相显微镜、电子扫描显微镜和X射线应力仪等设备对比分析了加工叶根表面形貌、微观组织、残余应力等表面质量的差异。分析结果表明:宏观上磨削、铣削加工叶根表面都很平滑,微观下磨削加工叶根表面完整性较差,存在一定的毛刺、凹坑等现象;磨削加工叶根表面微观组织中影响层及剧烈塑性变形层深度比铣削小;磨削、铣削加工叶根表面残余应力均为压应力,铣削加工叶根表面残余应力数值及深度都大于磨削加工。     

球头刀铣削TC17的表面完整性测试实验研究

利用球头刀铣削钛合金TC17,对其试件加工表面完整性测试开展实验研究。通过球头刀铣削实验和表面完整性测试实验结果可知,在给定的实验条件下,表面粗糙度Ra随着每齿进给量fz的增大而增大,而线速度v_c对表面粗糙度Ra和表面微观形貌影响不显著。同时,球头刀铣削钛合金TC17的加工表面均呈残余压应力状态,其变化范围在-250～-450 MPa;加工表面显微硬度和残余压应力随着线速度v_c的增大而减小,随着每齿进给量f_z的增大而增大,其主要原因是随着线速度v_c的增大、每齿进给量f_z的减小,铣削加工表面的塑性变形层厚度逐渐减小。     

高速铣削SKD61模具钢表面完整性与疲劳寿命

为探究高速铣削加工中表面完整性对零件疲劳寿命的影响规律,使用圆环面铣刀对SKD61模具钢进行了高速铣削试验,并测定铣削后样件的表面完整性与疲劳寿命,根据表面完整性的量化指标,采用人工神经网络方法构建疲劳寿命预测模型。研究表明:铣削加工产生的表面残余压应力能显著延长零件的疲劳寿命。在一定范围内,零件的疲劳寿命分别随表面粗糙度和表面硬度的变化而剧烈变化。将表面完整性和人工神经网络相结合构建的零件疲劳寿命预测模型,其预测值与实测值的误差为2.3%~15.8%。     

42CrMo钢多工步车削加工表面完整性研究

对42CrMo合金结构钢进行了车削加工试验,探究了精加工切削速度及加工步数对表面完整性的影响规律。从表面粗糙度、显微硬度及残余应力三个方面对加工表面完整性进行了测试与表征,并对加工表面层横断面进行了扫描电镜SEM形貌分析。结果表明,在v_c=150~300m/min范围内,随着切削速度的增加,加工表面粗糙度和表面硬化程度降低,加工残余应力增大,因此可适当增大切削速度以提高加工表面完整性。两工步精加工在高切削速度下,表面粗糙度和硬化程度较小,且残余应力相比单工步和三工步加工增幅不大,可获得较优的加工表面完整性。     

干式磨削ANSI D2淬硬模具钢的表面完整性实验研究

干式磨削具有加工效率高、加工成本低、环境污染小等优势,广泛应用于模具加工制造行业。作为零件制造工艺链的最后环节,磨削加工后的工件表面完整性决定了产品质量和使用寿命。以淬硬模具钢ANSI D2为加工对象,通过实验研究干式磨削条件下磨削淬硬模具钢的加工表面完整性,分析并确定了进给速度、磨削深度等磨削参数对磨削表面层的组织结构、表面层显微硬度、加工表面粗糙度、残余应力分布等表面特性的影响规律,为制订合理的磨削参数、实现淬硬模具钢干式磨削工艺的优化提供指导。     

冷却条件对Ti-6Al-4V铣削表面完整性影响研究

通过实验对比研究TC4钛合金铣削加工过程中不同冷却条件对其加工表面完整性的影响规律。研究结果表明:在相同的铣削参数下,乳化液冷却条件下加工表面的粗糙度值和显微硬度值均比在干切削条件下小;在乳化液冷却和干切削两种条件下的加工表面残余应力均为压应力;随着铣削速度、每齿进给量和铣削宽度的增加,在乳化液冷却条件下的残余应力绝对值逐渐增大,而在干切削条件下,残余应力绝对值逐渐减小;在乳化液冷却和干切削两种条件下,铣削参数中铣削深度对表面完整性的影响最小。     

钛合金拉伸高速铣削试验研究

通过对钛合金TC4在拉伸状态下的铣削试验,重点研究了高速铣削对钛合金TC4(Ti6A14V)表面残余应力和表面粗糙度的影响,得到了在不同切削参数下钛合金TC4表面残余应力和表面粗糙度的实验数据.实验结果表明,拉伸装夹基本不影响表面粗糙度,但可以大大提高加工表面残余压应力并增大残余压应力层的厚度,为开展钛合金拉伸高速铣削加工提供了依据.     

零件结构形式对铣削加工变形的影响研究

在弹塑性理论的基础上,建立了三维铣削仿真加工变形场的有限元分析模型,利用"单元生死"技术仿真了加工过程中材料的去除.研究了零件结构不同,加工过程中毛坯初始残余应力的释放对加工变形的影响,通过仿真数据与试验数据相比较,结果表明,只要建立正确的三维有限元分析模型,完全可以实现对零件加工变形规律的预测;工件毛坯残余应力在铣削加工过程中对称释放有利用减小零件加工后变形.     

加工表面残余应力的有限元—应力松弛联合建模及预测分析

针对切削加工表面残余应力有限元模型预测效率低、解析预测模型互换性不强的问题,提出切削有限元模型和应力松弛解析模型的联合建模预测。基于有限元仿真模拟切削加工过程获取已加工表面的应力、应变及温度等基础物理变量,通过应力松弛解析模型计算残余应力,通过H13热作模具钢直角切削实验和有限元仿真验证预测模型,基于联合模型分析了不同刀具几何参数对残余应力分布的影响规律和显著性。结果表明,该模型能高效、低成本、高精度地预测沿工件表面深度的残余应力分布。本研究对促进残余应力预测方法的发展有一定的参考价值。     

超高强度钢高速铣削表面完整性实验研究

为了研究超高强度钢高速铣削过程中铣削参数对表面完整性的影响,本文基于正交实验法,采用涂层硬质合金刀片对16Co14Ni10Cr2Mo超高强度钢进行了高速铣削实验。分析了铣削速度、每齿进给量和铣削深度对三维表面粗糙度、表面残余应力和表面显微硬度的影响规律,并对铣削参数进行了优化。结果表明:三维表面粗糙度随铣削速度和每齿进给量增大而增大,随铣削深度的增大,呈现出先增大后降低的趋势;两个方向表面残余应力随铣削速度和铣削深度的增大而升高,垂直进给方向残余应力σ_y随每齿进给量的增大而升高,而沿进给方向残余应力σ_x呈现出先增大后降低的趋势;表面显微硬度随铣削速度υ_c的增大变化不大,随每齿进给量f_z和铣削深度a_p增大而降低;每齿进给量f_z对表面完整性影响最大;兼顾表面完整性和加工效率,最优铣削参数组合为:υ_c为150.7 m/min,f_z为0.02 mm/z,ap为1.0 mm。     

汽轮机转子材料20Cr2NiMo铣削加工表面残余应力研究

零件加工表面残余应力对零件的疲劳强度和抗腐蚀性能具有重要影响。本文基于均匀试验方法,以切削速度、每齿进给量和轴向切深为因素,对汽轮机转子材料20Cr2NiMo合金钢进行铣削试验。通过测量不同切削参数下已加工表面的残余应力,采用多元回归方法建立了表面残余应力与切削参数之间的关系模型并得到验证。研究结果表明随着切削速度、每齿进给量和轴向切深的增大,残余拉应力均呈增大趋势;切削参数对表面残余应力的影响程度为v>f z>a p,且三因素之间存在交互作用。最后根据影响规律,为使加工表面呈现压应力状态,给出了切削参数的建议范围。     

钛合金TB6铣削表面残余应力研究

钛合金TB6铣削加工表面残余应力对其使用性能可产生较大影响。试验研究了铣削参数,干铣削、冷铣削,刀具磨损等对表面残余应力的影响规律以及残余应力深度分析。结果表明,铣削速度和进给量对残余压应力影响明显,铣削深度对残余压应力影响小;干铣削表面表现为残余拉应力,残余拉应力随速度增大而增大,冷铣削表面表现为残余压应力,残余压应力随速度增大而减小;刀具磨损量对表面残余应力会产生较大的影响,随着刀具磨损量的增加,残余压应力逐渐增大;冷铣削导致的残余应力深度为20～30μm,干铣削导致的残余应力深度为30～40μm,刀具磨损量VB=0.18mm时铣削导致的残余应力深度50μm,最大残余应力值均出现在表面或者表面以下10μm内,残余应力沿深度方向分布大致呈"勺"型。研究结果对钛合金TB6铣削加工表面残余应力控制具有实用价值。     

高性能表面层制造:基于可控表面完整性的精密制造

高性能表面层制造是具有特殊功能性表面层结构零件的精密制造,体现了高性能零件性能与几何参数一体化制造的特点。依据功能性表面层结构零件的性能要求所设计的几何参数和材料特性,选择表面层加工制造方法,确定加工工艺载荷的物质与能量输入条件,通过减控加工工艺的几何、结构、物理、化学等多源耦合约束,构建主动协调的材料加工载荷的应力场、温度场和化学位场等(多)场环境,相应地揭示零件表面完整性变化关系内禀的加工过程印记,利用可控的表面完整性与高性能零件性能的关联模型,实现具有特殊功能性表面层的精密制造。高性能表面层加工制造原理的核心是表面完整性的形成机制、评价方法和调控作用,所提出的高性能表面层精密制造的体系框架,以基于知识方法取代实验迭代的试错法,可解决高性能制造的加工制造反问题。     

干式铣削对淬硬钢表面残余应力的影响研究

以SKD11淬硬钢为高速铣削研究对象,研究不同铣削参数对SKD11淬硬钢加工表面残余应力的影响.运用大型商业软件DEFORM-2D建立了干式铣削残余应力的有限元模型,并利用该模型分析不同切削参数对工件表面残余应力的影响情况及残余应力产生的原因;通过实验验证的方法将仿真的结果和实验结果进行对比得出模型误差小于16.4％,证明仿真模型可行.模拟实验得出:在高速铣削SKD11淬硬钢时,适当的减小切削速度和增大切削深度,可有效降低残余应力对加工表面质量的影响.     

高速铣削加工汽车覆盖件模具表面残余应力研究

汽车覆盖件模具的高速加工具有特征型面形状复杂、材料硬度大、结构尺寸大、表面精度要求高等特点,在高速切削加工过程中,属于难加工产品。一些学者对其高速铣削加工进行了研究,但对其表面残余应力的研究较少。残余应力的存在促使疲劳裂纹的形成与扩展、促进腐蚀、促进模具的关键型面变形,因此汽车覆盖件尺寸的稳定性和加工质量与其密切相关。本文在数值模拟思想的指导下,利用有限元解法,研究了高速铣削加工表面的残余应力对加工变形的影响,给出了预测残余应力数值的解析模型。     

陶瓷精密加工表面完整性的研究进展

陶瓷加工表面完整性是衡量加工质量的重要指标,从以下几方面对陶瓷加工表面完整性的研究状况进行评述;残余应力的测试技术,磨削残余应力对零件性能的影响、磨削表面变质层、磨削表面性态以及陶瓷延性磨削和磨削表面粗糙度等,为陶瓷精密加工技术的深入研究提供基础。     

铣削用量对铝合金已加工表面残余应力的影响

基于单因素试验法,在有限元分析软件DEFORM-3D中模拟了硬质合金刀具铣削7075-T6高强度铝合金的加工过程,获得了不同的铣削用量对已加工表面残余应力的影响规律。结果表明,随着主轴转速、每齿进给量和切削深度的增加,工件表面的残余应力有不同程度地增大;而切削宽度的变化对表面残余应力影响不太显著。研究结果为分析7075铝合金零件后续的加工变形和表面质量奠定了扎实的基础。     

铣削方式对微小精密零件加工表面质量的影响

铣削加工是精密零件加工的重要手段之一,不同铣削加工方式对微小精密零件的表面质量有很大影响。本文通过研究铣刀单齿的运动轨迹模型,分别建立顺铣和逆铣时的粗糙度计算模型,以某微小精密零件实际加工参数为例,对顺逆铣的表面粗糙度进行对比分析;以AISI4340钢为工件材料,对某微小精密零件的顺逆铣进行仿真,研究两种铣削方式的铣削力和表面残余应力。