钛合金制孔表面完整性及孔疲劳寿命研究

• 作 者: 赵庆
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: TC4 螺旋铣孔 表面完整性 刀具磨损 疲劳寿命

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“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。