【摘要】：為了預(yù)測Ti6Al4V零件因銑削加工所致表面殘余應(yīng)力而引起的變形,介紹了一種測量表面等效殘余應(yīng)力及其作用深度的方法。通過對被加工面的背面進(jìn)行兩次腐蝕剝層的操作,使得零件的厚度和中性層的位置發(fā)生變化,測量此過程中零件撓度和表面應(yīng)變的變化,進(jìn)而計(jì)算得到銑削加工引起的零件表面等效殘余應(yīng)力及其作用深度值。通過有限元分析驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)有限元計(jì)算得到的零件撓度和應(yīng)變的變化與實(shí)際測量值非常吻合,因此可以斷定該方法得到的結(jié)果是正確的。其可以正確評估銑削加工引起的表面殘余應(yīng)力性質(zhì)和大小并能準(zhǔn)確預(yù)測零件銑削加工后因表面殘余應(yīng)力而引起的工件的變形量,從而可以預(yù)測零件是否滿足精度要求。
【圖文】：

·214·稀有金屬材料與工程第46卷1零件加工方式通過線切割得到的Ti6Al4V條狀零件如圖1a所示。其尺寸為：長度L0=170mm，寬度b0=20mm，厚度H0=6mm。為消除零件自身內(nèi)應(yīng)力對后期測量結(jié)果的影響，首先對其進(jìn)行退火處理，以去除其自身絕大部分內(nèi)應(yīng)力。退火方法為：在真空爐中加熱到600℃保持2h后，隨爐冷卻到室溫。采用直徑為11mm的四刃圓柱銑刀進(jìn)行側(cè)銑加工，零件的裝夾和切削方式如圖2所示。對零件分4次進(jìn)行側(cè)銑加工，最后一次銑削加工所用參數(shù)為：切削速度vc=50m/min，每齒進(jìn)給量fz=0.02mm/z，徑向切深ae=0.5mm，軸向切深ap=20mm，最終得到的零件其加工部分的剩余厚度為1.5mm。下文中在被加工零件上將銑刀的進(jìn)給方向定義為X向，銑刀軸向定義為Z向，加工完后零件的形狀以及零件方向的定義如圖1b所示。加工完成后測得零件兩頭夾持未加工部分的長度約為20mm，，后期測量撓度變化時(shí)選取中間長度為120mm的已加工部分。2測量原理2.1切削方向（X向）殘余應(yīng)力測量原理設(shè)定零件長度為L，厚度為H，零件的中性層處于零件幾何中間位置，即中性層的厚度為H/2。通過激光位移傳感器掃描零件的被加工面而得到零件的初始撓度V0，對銑削加工面的背面進(jìn)行剝層去除材料的操作，第1次去除材料層的厚度為Δh1，由于中性層始終在零件的幾何中間的位置，因此第1次剝層后中性層會向遠(yuǎn)離去除材料層的方向移動Δh1/2，如圖3所示。圖1零件加工前后Fig.1Workpiecebeforeandaftermachining:(a)unmachinedworkpieceand(b)machinedworkpiece圖2零件裝夾和切削方式示意圖Fig.2Sketchdiagramoftheclampingandmachiningmethod圖3零件被腐蝕剝層后中性層位置發(fā)生變化的示意圖Fig.3Sketchdiagramofthechangedpositio

·214·稀有金屬材料與工程第46卷1零件加工方式通過線切割得到的Ti6Al4V條狀零件如圖1a所示。其尺寸為：長度L0=170mm，寬度b0=20mm，厚度H0=6mm。為消除零件自身內(nèi)應(yīng)力對后期測量結(jié)果的影響，首先對其進(jìn)行退火處理，以去除其自身絕大部分內(nèi)應(yīng)力。退火方法為：在真空爐中加熱到600℃保持2h后，隨爐冷卻到室溫。采用直徑為11mm的四刃圓柱銑刀進(jìn)行側(cè)銑加工，零件的裝夾和切削方式如圖2所示。對零件分4次進(jìn)行側(cè)銑加工，最后一次銑削加工所用參數(shù)為：切削速度vc=50m/min，每齒進(jìn)給量fz=0.02mm/z，徑向切深ae=0.5mm，軸向切深ap=20mm，最終得到的零件其加工部分的剩余厚度為1.5mm。下文中在被加工零件上將銑刀的進(jìn)給方向定義為X向，銑刀軸向定義為Z向，加工完后零件的形狀以及零件方向的定義如圖1b所示。加工完成后測得零件兩頭夾持未加工部分的長度約為20mm，后期測量撓度變化時(shí)選取中間長度為120mm的已加工部分。2測量原理2.1切削方向（X向）殘余應(yīng)力測量原理設(shè)定零件長度為L，厚度為H，零件的中性層處于零件幾何中間位置，即中性層的厚度為H/2。通過激光位移傳感器掃描零件的被加工面而得到零件的初始撓度V0，對銑削加工面的背面進(jìn)行剝層去除材料的操作，第1次去除材料層的厚度為Δh1，由于中性層始終在零件的幾何中間的位置，因此第1次剝層后中性層會向遠(yuǎn)離去除材料層的方向移動Δh1/2，如圖3所示。圖1零件加工前后Fig.1Workpiecebeforeandaftermachining:(a)unmachinedworkpieceand(b)machinedworkpiece圖2零件裝夾和切削方式示意圖Fig.2Sketchdiagramoftheclampingandmachiningmethod圖3零件被腐蝕剝層后中性層位置發(fā)生變化的示意圖Fig.3Sketchdiagramofthechangedpositio
【作者單位】： 南京航空航天大學(xué);
【基金】：國家自然科學(xué)基金(51405226) 國防技術(shù)基礎(chǔ)科研項(xiàng)目(J1520130001)
【分類號】：TG54

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本文編號：2523328