钛合金制孔表面完整性及孔疲劳寿命研究

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1、天津大学硕士学位论文钛合金制孔表面完整性及孔疲劳寿命研究StudyofSurfaceIntegrityandFatigueLifeofTitaniumAlloyHole-makingProcess学科专业：机械工程作者姓名：赵庆指导教师：秦旭达副教授天津大学机械工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表

2、示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要钛合金具有抗腐蚀能力强、比强度高、中温性能稳定等一系列优点，已广泛应用于航空航天领域，但同时由于钛合金化学活性高、热导率低、弹性模量低等缺点，使其在加工过程中表面质量难以保

3、证。本文以钛合金TC4作为研究对象，针对传统钻削和螺旋铣削两种制孔方式，分析钛合金孔的表面完整性变化机理，研究钛合金孔的疲劳性能，并探索提高钛合金孔表面质量、延长钛合金孔疲劳寿命的方法。首先，研究了钛合金钻孔及螺旋铣孔对刀具寿命的影响，分析了钛合金制孔过程中刀具的破损形式和磨损机理。对两种工艺下的钛合金制孔过程进行分析，监测切削力的变化规律，研究不同制孔工艺下刀具磨损对切削力的影响规律。其次，研究了制孔工艺、刀具磨损对表面层金相组织、显微硬度及残余应力的影响规律，利用人工神经网络法分析切削力与表面粗糙度的相关性。研究结果表明，在钻削过程中钛合金孔壁附近显微硬度低于基体硬度，发生

4、“热软化”现象，并出现硬脆的“白层”组织；在螺旋铣孔过程中，发生加工硬化，靠近表面处的显微硬度值高于基体硬度值。最后，基于Manson-Coffin公式结合应力功恒等法，建立了钛合金孔疲劳寿命预测模型，开展了钛合金孔疲劳试验，并用试验验证了模型的准确性，通过疲劳断口的宏观和微观形貌分析，探讨了金相组织变化及残余应力对疲劳寿命的影响规律。本文对钛合金螺旋铣孔、钻孔表面完整性及其疲劳寿命的研究，对螺旋铣孔技术在航空制造领域的应用提供了参考依据。关键词：TC4；螺旋铣孔；表面完整性；刀具磨损；疲劳寿命IAbstractTitaniumalloyiswidelyusedinaviati

5、onfieldduetoitsexcellentperformance.Buttitaniumalloyisadifficult-cutmaterialbecauseofhighchemicalactivity,lowthermalconductivity,andlowelasticmodulus.Soitisdifficulttoguaranteethesurfacequalityduringmachining.Inthiswork,casestudiesdeployingtraditionaldrillingandhelicalmillingtechnologieswere

6、carriedouttoinvestigatethetoollifeandholesurfaceintegrity.Then,exploredthemethodtoimprovetheholequalityandextendthefatiguelifeoftitaniumhole.Firstly,thetoollifeofdrillingandhelicalmillingontitaniumalloywasstudied.Analyzedthetooldamageformandwearmechanisms.Hole-makingprocessoftitaniumalloywas

7、analyzedunderthetwoprocesses,monitoringchangesofcuttingforce,theinfluenceoftoolwearonthecuttingforceswasstudied.Secondly,theinfluenceofhole-makingprocessandtoolwearonmicrostructure,microhardnessandresidualstressdistributionwasstudied.Artificialneur