基于加工表面完整性的TB6精铣参数优选

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1、№m哪砌眦。，协删。¨。。n。㈨。。I难加工材料加工技术基于加工表面完整性的TB6精铣参数优选米官椿明，李勋，罗扬，牛永松(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)[摘要]TB6高强度钛合金因其优良的比强度和热变形性能被广泛应用于航空领域，是制造直升机旋翼系统主承力结构件和起落架的主要材料。为了使零件获得较佳的疲劳性能，基于加工后的表面完整性指标对其精铣加工参数进行了优选二试验结果表明，每齿进给量．￡对加工后的表面粗糙度月。和表面残余压应力盯。有较大影响，随着每齿进给量￡的不断增大，表面粗糙度月。近似线性增大，表面残余压应力的幅值也随之增大；线速度vc主要影响加工表面显微

2、硬化率，显微硬化率随线速度的增大而降低；径向切宽a。对加工表面残余应力也有较大的影响，随着a。的增大，加工表面残余压应力的幅值逐渐降低。因此，从提高零件疲劳寿命的方面考虑，在满足例如零件表面质量要求和生产效率等各项生产要求的前提下，应尽可能降低铣削线速度，减小径向切宽，提高每齿进给量，适当选择轴向切深。关键词：表面完整I陡；TB6钛合金；铣削；参数优化；疲劳寿命DoI：10．16080巧．issnl671-833x．2017．1／2．055官椿明硕士研究生。主要研究方向为难加工材料切削／磨削技术及其表面完整性。+基金项目：航空科学基金(2016E51039oTB6高强度钛合金是制造直升机

3、旋翼系统关键零部件的主要材料。利用TB6钛合金代替相同结构强度的20CrMnSiA和TC4材料可以使结构件重量分别降低40％和20％【1]。因此，TB6钛合金广泛应用于航空承力结构件的制造。航空承力结构零件的失效形式80％以上是疲劳断裂，而零件最终的表面完整性对其疲劳性能有很显著的影响12-31。表面完整性包括表面粗糙度、表面加工硬化和表面残余应力、表面加工变质层等关键指标。美国学者的研究证明，特定的条件下，不同的表面完整性可以使零件的疲劳寿命相差6倍以上

4、4】。国内外研究者对加工工艺及参数对于表面完整性和疲劳寿命的影响都进行了较多的研究[5-910研究成果充分说明，除材料和试件的结构外

5、，精加工工艺及参数对零件的表面完整性和疲劳寿命具有重要的影响。针对TB6高强度钛合金而言，铣削加工是一种在生产中应用较多的加工方法，而精铣参数及工艺条件则是影响零件最终表面完整性指标的重要因素。周子同和李传奇等[10-12]针对铣削加工参数对加工表面完整性指标的影响规律和机理进行了研究。Yao等[I,131针对TB6铣削加工后的表面形貌及其对试件疲劳寿命的影响机理进行了研究，认为表面粗糙度是影响试件疲劳寿命的主要因素，而且利用基于表面等效应力集中系数的预测模型能够更准确地预测试件的疲劳寿命。以上研究成果说明，TB6精铣参数对零件最终的表面完整性指标和疲劳寿命有直接影响，而精铣加工参数的优

6、选除了要满足零件的表面质量要求外，还要保证零件的其他表面完整性指标，如加工表2017年第1／2期·航空制造技术55钐论坛FORUM面显微硬化率和表面残余应力等。本文在深入研究TB6钛合金侧铣精加工参数对加工表面完整性指标影响规律的基础上，结合表面完整性指标对疲劳寿命的影响机理，在试验参数范围内，优选出一组适合TB6侧铣精加工的铣削参数，指导直升机TB6旋翼系统关键零件的实际生产。试验材料及条件试验材料为TB6钛合金，又称为Til023，是一种典型的近B型钛合金，其化学成分和力学性能如表1和表2所示。表1TB6钛合金化学成分(质量分数)嘭工表面上，沿进给方向上均匀测量6个点，取6个点的测量

7、平均值为该铣削参数下的表面粗糙度值。利用PROTO公司的X射线衍射仪，沿铣削进给方向对其加工表面残余应力进行检测。使用HV一1000维氏显微硬度计均匀检测加工表面上10个点的显微硬度，取其平均值作为该铣削参数下的显微硬度，并与材料基体硬度(HV372MPa)对比，得到加工表面的显微硬化率。试验结果相关性分析通过正交试验研究铣削参数对加工表面完整性的影响规律。正交试验参数及其加工后的表面完整性速度u=甩1『D，以为主轴转速，D为刀具直径。在所有的侧铣试验中，轴向切深均为ao=20mm。使用SPSS统计分析软件，计算正交试验参数与试验结果之间的相关性系数，得到相关性系数矩阵如表4所示。TB6

8、钛合金侧铣加工时，当铣削参数在Vc=20～30m／min，X=o．05～0．15mm／z，ae=0．1～0．5ram范围内，加工后的表面粗糙度基本在月。o．2～1．2斗m范围内，表面残余应力均为压应力，幅值在70～170MPa之间，加工表面的显微硬化率大约为5％一15％。结合铣削参数对表面完整性各指标的相关性系数，绘制柱状AI、F。Ti指标检测结果如表3所示，其中，线图，如图2—4所示。2．6～3．49．0～1I．01．6～2．2余