Ti6Al4V零件铣削加工表面等效残余应力与作用深度的测量

发布时间：2019-08-05 20:56

【摘要】：为了预测Ti6Al4V零件因铣削加工所致表面残余应力而引起的变形,介绍了一种测量表面等效残余应力及其作用深度的方法。通过对被加工面的背面进行两次腐蚀剥层的操作,使得零件的厚度和中性层的位置发生变化,测量此过程中零件挠度和表面应变的变化,进而计算得到铣削加工引起的零件表面等效残余应力及其作用深度值。通过有限元分析验证,发现有限元计算得到的零件挠度和应变的变化与实际测量值非常吻合,因此可以断定该方法得到的结果是正确的。其可以正确评估铣削加工引起的表面残余应力性质和大小并能准确预测零件铣削加工后因表面残余应力而引起的工件的变形量,从而可以预测零件是否满足精度要求。
【图文】：

·214·稀有金属材料与工程第46卷1零件加工方式通过线切割得到的Ti6Al4V条状零件如图1a所示。其尺寸为：长度L0=170mm，宽度b0=20mm，厚度H0=6mm。为消除零件自身内应力对后期测量结果的影响，首先对其进行退火处理，以去除其自身绝大部分内应力。退火方法为：在真空炉中加热到600℃保持2h后，随炉冷却到室温。采用直径为11mm的四刃圆柱铣刀进行侧铣加工，零件的装夹和切削方式如图2所示。对零件分4次进行侧铣加工，最后一次铣削加工所用参数为：切削速度vc=50m/min，每齿进给量fz=0.02mm/z，径向切深ae=0.5mm，轴向切深ap=20mm，最终得到的零件其加工部分的剩余厚度为1.5mm。下文中在被加工零件上将铣刀的进给方向定义为X向，铣刀轴向定义为Z向，加工完后零件的形状以及零件方向的定义如图1b所示。加工完成后测得零件两头夹持未加工部分的长度约为20mm，，后期测量挠度变化时选取中间长度为120mm的已加工部分。2测量原理2.1切削方向（X向）残余应力测量原理设定零件长度为L，厚度为H，零件的中性层处于零件几何中间位置，即中性层的厚度为H/2。通过激光位移传感器扫描零件的被加工面而得到零件的初始挠度V0，对铣削加工面的背面进行剥层去除材料的操作，第1次去除材料层的厚度为Δh1，由于中性层始终在零件的几何中间的位置，因此第1次剥层后中性层会向远离去除材料层的方向移动Δh1/2，如图3所示。图1零件加工前后Fig.1Workpiecebeforeandaftermachining:(a)unmachinedworkpieceand(b)machinedworkpiece图2零件装夹和切削方式示意图Fig.2Sketchdiagramoftheclampingandmachiningmethod图3零件被腐蚀剥层后中性层位置发生变化的示意图Fig.3Sketchdiagramofthechangedpositio

·214·稀有金属材料与工程第46卷1零件加工方式通过线切割得到的Ti6Al4V条状零件如图1a所示。其尺寸为：长度L0=170mm，宽度b0=20mm，厚度H0=6mm。为消除零件自身内应力对后期测量结果的影响，首先对其进行退火处理，以去除其自身绝大部分内应力。退火方法为：在真空炉中加热到600℃保持2h后，随炉冷却到室温。采用直径为11mm的四刃圆柱铣刀进行侧铣加工，零件的装夹和切削方式如图2所示。对零件分4次进行侧铣加工，最后一次铣削加工所用参数为：切削速度vc=50m/min，每齿进给量fz=0.02mm/z，径向切深ae=0.5mm，轴向切深ap=20mm，最终得到的零件其加工部分的剩余厚度为1.5mm。下文中在被加工零件上将铣刀的进给方向定义为X向，铣刀轴向定义为Z向，加工完后零件的形状以及零件方向的定义如图1b所示。加工完成后测得零件两头夹持未加工部分的长度约为20mm，后期测量挠度变化时选取中间长度为120mm的已加工部分。2测量原理2.1切削方向（X向）残余应力测量原理设定零件长度为L，厚度为H，零件的中性层处于零件几何中间位置，即中性层的厚度为H/2。通过激光位移传感器扫描零件的被加工面而得到零件的初始挠度V0，对铣削加工面的背面进行剥层去除材料的操作，第1次去除材料层的厚度为Δh1，由于中性层始终在零件的几何中间的位置，因此第1次剥层后中性层会向远离去除材料层的方向移动Δh1/2，如图3所示。图1零件加工前后Fig.1Workpiecebeforeandaftermachining:(a)unmachinedworkpieceand(b)machinedworkpiece图2零件装夹和切削方式示意图Fig.2Sketchdiagramoftheclampingandmachiningmethod图3零件被腐蚀剥层后中性层位置发生变化的示意图Fig.3Sketchdiagramofthechangedpositio
【作者单位】： 南京航空航天大学;
【基金】：国家自然科学基金(51405226) 国防技术基础科研项目(J1520130001)
【分类号】：TG54

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本文编号：2523328