钛合金TC4高速铣削表面完整性的研究

科技成果 学术论文

钛合金!"#高速铣削表面完整性的研究

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西北工业大学

上海交通大学成都飞机工业公司

史兴宽陈明张树全

杨巧凤宋良煌

蔡

伟

张明贤

唐晓兰

［摘要］研究了钛合金!"#材料在高速铣削与常规铣削参数条件下的加工表面完整性，表明高速铣削在提高制造效率和改善表面质量上都是非常有益的，值得在飞机薄壁结构件生产中推广应用。

关键词：钛合金!"#高速铣削表面完整性［89$!:8"!］$%&’()*+,-*.&+-/0’-+-(,+%1(220/!"#1+22*34/5+.567**3(,3,0&1(267**35(64**,6-%38+*39!5*&*6%2-650:-5(-5+.567**31+22+,.+6’(;0%&(42*’0&+17&0;+,.1()5+,+,.*’’+)+*,)/(,36%&’()*<%(2+-/(,3-5*&*’0&*650%234*:+3*2/%6*3+,1(,%’()-%&+,.0’(+&)&(’--5+,8:(226-%&)-%&*7(&-69

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由于钛合金具有比强度高、热强度好、耐腐蚀、资源丰富等一系列优点，因此在航空、航天等工业部门中的应用越来越广泛，用于制作飞机和发动机中的主要构件。在发动机方面，用于制造压气机盘、压气机叶片、机匣和燃烧室外壳等重要零件；在飞行器结构中用于制造翼梁、隔框和接头等重要构件。特别在钛合金整体框架和大型整体壁板制造过程中，加工量相当大，而且许多薄壁部位必须克服结构上的加工变形，亟需解决钛合金整体框架和大型整体壁板的加工效率和加工质量问题。实践证明，高速铣切是目前能够高效可靠地解决这一问题的最经济的加工手段。因此，有必要研究与钛合金高速铣削表面完整性相关的基础理论。

?材料特性

钛合金!"#材料的组成为!+=>?2=#@，属于（!A）型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。（B）比强度大。!"#的强度!4CBDBEFG(，密度"C#9#HBDIJ.K1I，比强度!4K#CEI9L，而合金钢的比强度$4K"小于BM。

（E）钛合金热导率低。钛合金的热导率为铁的BKL、铝的BKBD，!"#的热导率#CN9OLLPK1 Q。CB

（I）

钛合金的弹性模量较低。!"#的弹性模量!CBBDRG(，

约为钢的BKE，故钛合金加工时容易产生变形。

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高速铣削的表面完整性

@A?

试验条件

（B）试件尺寸：#ED11HEDD11HE#11。（E）铣床：SLD#D立式铣床。

（I）刀具：TIID硬质合金螺旋立铣刀，#齿。（#）铣削方式：顺铣，周铣。

（L）

铣削参数：?"7CBD11，"*CD9E11，#’CBDD11K1+,，$CLDD&K1+,

（常规铣削参数）；U"7CBD11，"*CD9E11，#’CLDD11K1+,，$C

ELDD&K1+,

（高速铣削）。@A@铣削表面完整性的检测

EVEVB铣削表面下晶粒歪扭层深度检测

首先对不同铣削参数下的试件取样，从垂直于铣削表面的任意的一个侧面研磨与抛光，然后对其抛光表面腐蚀，便可在金相显微镜下观测到铣削表面下晶

粒歪扭程度。当选用?参数时，

钛合金材料加工时表层下会产生较明显的晶粒扭曲现象，晶粒歪扭层深度达N%1；

而选用U参数时，晶粒歪扭不明显，晶粒歪扭层深度不到B%1。这表明高速铣削对钛合金晶粒扭曲变形极小，是解决钛合金整体薄壁结构件加工变形的理想加工方法，也是获得少或无变质层表面的可靠手段。

EVEVE铣削表面残余应力及其分布

钛合金材料对应力状况非常敏感，特别是加工表面的残余应力及其分布状态对构件是否能合理使用是十分重要的。已加工表面的残余应力有残余拉应力与残余压应力之别，残余拉应力会降低零件的疲劳强度和使用寿命，而残余压应力有时却能提高零件的疲劳强度和使用寿命。加工表面各部分残余应力的分布不均匀，也会使工件产生变形，影响工件的形状和尺寸精度。因此，迫切需要了解和研究钛合金!"#材料高速

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