刀具磨损后TA15钛合金加工表面残余应力测量.pdf
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1、收稿日期:年 月刀具磨损后 钛合金加工表面残余应力测量柯清禅,尤洁,叶正茂航天材料及工艺研究所摘要:采用 涂层()硬质合金刀具对 钛合金()进行切削实验,在观测刀具的磨损形貌的同时采用激光小孔残余应力测试仪开展刀具磨损后加工表面残余应力研究。研究结果表明,钛合金切削过程中刀具的主要磨损形式为后刀面磨损;刀具磨损显著影响已加工表面残余应力分布,刀具磨损量 与加工引入的轴向残余应力最大值和平均值呈正相关;刀具处于稳定磨损阶段时,磨损速率较低,径向残余应力最大值和平均值较小,径向残余应力波动最小。实验现象及结论充实了该领域的切削机理研究。关键词:钛合金;刀具磨损;表面残余应力中图分类号:;文献标志码
2、:,:()(),:;?引言钛合金具有比强度高、耐高温、耐腐蚀、可焊性、耐蚀性和生物相容性等突出特性,凭借良好的综合机械性能,被广泛应用于航空、航天、船舶、化工常规兵器等领域 ,。其中,钛合金()因具有较高的比强度?抗蠕变性、耐腐蚀性以及良好的焊接性能,被广泛应用于航空领域受力复杂的重要结构零件,如制造飞机隔框、壁板等 。作为典型的难加工材料,钛合金加工过程中存在严重的刀具磨损及加工表面质量波动的问题。硬质合金刀具作为钛合金加工首选的刀具种类,加工过程中的主要磨损形式为后刀面磨损和月牙洼磨损 ,。切削加工过程中,刀具与工件表面材料存在复杂的分离、挤压和摩擦作用,导致已加工表面产生显著的塑性变形和
3、热变形,进而形成加工残余应力 。刀具磨损改变了刀具相关的几何形貌,使得切削过程中力、热发生了显著变化,影响加工硬化层状态,使加工工件出现不同的表面残余应力分布规律,该现象是比较复杂的非线性问题。在航天、军工制造业中,表面残余应力直接影响零件的使用性能和寿命 ,。针对上述问题,本文基于刀具磨损试验延伸开展了加工件表面残余应力实验,旨在揭示刀具磨损对表面残余应力的影响规律。?切削试验材料及参数在 高精度液压数控车床上进行切削加工实验,采用肯纳的 涂层硬质合金刀 片()及 配 套 刀 杆(),工作前角为 ,工作后角为 ,刃倾角为 ;工件材料为近 相 钛合金棒料,尺寸为 ,切削冷却条件为干切削,切削实
4、验现场如图 所示,钛合金的化学成分和物理力学性能分别如表 和表 所示 ,切削参数如表 所示。年第 卷 结合刀具磨损形式及机理,切削过程的刀具磨损形式主要为后刀面磨损,后刀面的磨损情况用 的数值来评价。随着切削时间的累加和切削速度的增大,后刀面磨损值及涂层剥落区域均呈现增大趋势。选取 (对应初期磨损)、(对应稳定磨损)和 (对应剧烈磨损)三把刀具,采用固定的参数(,和 )开展二次切削加工,同时设定对照组(原始工件表面)开展刀具磨损后表面残余应力研究。图 直角切削现场表 钛合金的主要化学成分()表 钛合金的物理力学性能屈服强度()密度()热导率()弹性模量()抗拉强度()硬度()表 刀具磨损实验参
5、数切削速度()切削深度()进给量()切削时间()车削方式 ,干车、直角?表面残余应力测量方式表面残余应力的测量设备为 激光小孔残余应力测试仪(见图 )。为了减小实验测量误差,针对圆型棒料设计了测试夹具。为了避免单个数据点测量的偶然性和随机性,通过控制试样数,实验沿圆周方向均匀选择 个点进行测量,测量完成后对个点测量结果数据取平均值。为了确定测量过程中合理层深点,实验前进行 钛合金的残余应力实验,采用硬质合金钻头,钻头直径为 ,钻头转速为 ,进给速度为 ,进给量为 。实验过程中层深测量点设定为 ,和 。结合实验结果,最终测量点设定方案修正为 ,和 。激光头 空气吹屑嘴 高速气动钻 气压箱 摄像头
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