航空用TC18钛合金的车削加工工艺技术研究
TC18航空用钛合金的车削加工工艺技术研究
1 1 2 1,,,杜东兴刘道新孙瑜峰李世平
1 ( 710072;,西北工业大学 航空学院西安
2 710089) 西安飞机国际航空制造股份有限公司,西安 杜东兴
TC18 : 。摘 要研究了难加工材料新型超高强度 钛合金的车削加工工艺技术通过探讨机械加工
RTC18 ,
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
面粗糙度 对 钛合金疲劳寿命的影响规律揭示了严格控制车削加工零部件表面粗糙度 a
。,R的重要性利用正交试验法设计了车削加工工艺参数以零件表面粗糙度 值为车削加工表面质 a
,、、Taguchi 量评价指标采用直观
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
法方差分析法分析法以及多元线性回归分析法综合分析了车
。: TC18 ; 削加工试验结果结果表明机加工表面粗糙度对 合金疲劳寿命有重要的影响车削加工走
f TC18 。,刀量 对 钛合金表面粗糙度影响最为显著得到了一组优化的车削加工工艺参数建立了预
TC18 、,测车削加工 钛合金表面粗糙度与车削转速走刀量和切削深度之间关系的定量方程验证试
。验证明了其正确性
: ; TC18 ; ; ; 关 键 词车削加工钛合金正交试验表面粗糙度疲劳寿
命: TH871: A1003-872(8 2011) 11-1805-06: 中图分类号 文献标识码 文章编号
Study on the Tuning of TC18 Titanium Alloy fo Aviationrr
1 1 2 1 Du Dongxing,Liu Daoxin,Sun Yufeng,Li Shiping
1 ( College of Aeronautics,Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710072;
2 Xi'an Aircraft International Corporation,Xi'an 710089)
Abstract: In this paper,thet urning technology of a newki nd of titanium alloy TC18 with ultra high strengthis
studied, First of all,the importance of accuratceo ntrol of the surface roughnestusr nofin g partsi s revealed by ana- lyzing influence law of them achining surface roughneRss on the aftigue life of TC18 ti tanium alloy, Then theo r- a
thogonal experiment is designed for turning parameters,and the surface roughneRvalsuse is used as theev aluation a
criterion of turning surface uqality, At last,visual analysis,variance analysis,Taguchi method andm ultivariate lin- ear regression analysis method areto tally taken toa nalyze the results of turning test, The results show that thema - chined surface roughness hasim anpor tant influence on aftigue life of TC18 titanium alloy,and the cutting feed f
has the most significant effect on them achined surfacer oughness, A set ofo ptimized parametersis obtained, It is established a quantitative correlation equation betweens pindle speed,cutting feed and depth ith w the surface roughnessin the turning process of TC18t itanium alloy workpiece, Finally,the confirmation test proves that otheb- tained optimal parameters and thered ipction equation of Rare correct, a
Key wods: turning; TC18 titanium alloy; orthogonal test; surfacer oughness; fatigue r
life
TC18 ( Ti-5Al-5Mo-5V-近年来我国自主开发了 1Cr-1Fe) ,+ 超高强度钛合金该合金兼有 α β 钛合金 : 2010-08-14收稿日期
,、,和 β 钛合金的综合性能强度高韧性好焊接性能 : 863 2007AA03Z521 ) ( 基金项目国家 高技术研究发展
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
项目和国 ,1,2,( 51171154,50671085) ,。 家自然科学基金项目资助 优特别 适 用 于制造飞机起落架等关键部 件
: ( 1984 )) ,,作者简介杜东兴博士研究生研究方向为材料腐蚀控 制 ,,,然而钛合金导热性能差易于粘刀因而切削加工 难
,ddx4142@ 126, com; ,,( ) 与表面技术刘 道 新 联 系 人教 授 ,TC18 ,度大而 钛合金强度高故其加工难度比一
,部件的重要加工工序车削加工试样表面粗糙度对 ,4 : 6,,,其力学性能尤其是对疲劳性能影响显著加之
,, 钛合金材料的力学性能对表面状态尤为敏感因此
在车削加工中合理地控制加工零部件的表面粗糙度
。,十分重要另外在保障合适的加工件表面质量的
,、前提下提高加工效率并兼顾合理的刀具寿命也是 ,5,6,1 图 疲劳试样几何形状及尺寸 。十分必要的关于钛合金切削加工技术的研究
,已 有 开 展并得到了一些有价值 的 数 据 和 规 1. 2试验方法 ,3 : 10,,律然而多数研究工作主要针对刀具的磨损方 TC18 CM6140 钛合 金 的车削工艺试验研究在 ,7 : 10,,面而关于车削加工对钛合金表面粗糙度影响 ,( ISCAR ) 车床上 进 行使 用 伊 斯 卡 公 司 生 产 的 带 ,研究的工作相对较少而以加工件表面粗糙度为判 TiAlN ,WNMG 涂层的硬质合金刀 片刀 片 型 号 为 TC18 据对 钛合金车削加工工艺参数进行优化的研 080412-TF,PWLNR 2020K-08X。 配合刀杆型号为 ,。究工作目前尚很少见报道 TC18 钛合金的车削工艺参数优化采用分别采 RTC18 首先研究机 械 加工表面粗糙度 对 钛 4 a 3 L ( 3) ,用如表 所示的三水平 正交试验方法因素 9,合金疲劳寿命的影响规律以验证严格控制车削加 A、B、C 、,分别代表转速走刀量及切削深度由于加工
。工试样表面粗糙度的重要性然后利用正交试验法 3 ,D 。参数只有 个所以 列为空列作为误差列通过
,R设计车削加工工艺参数并以零件表面粗糙度 值 a 、, 改变切削速度走刀量以及切削深度研究车削工艺
,TC18 为车削加工表面质量评价指标对 钛 合 金 车 TC18 。参数对 钛合金表面粗糙度的影响规律车削
。削加工工艺参数进行优化研究 。加工试验在冷却液充分供给的条件下进行
4 1材料及试验方法 3 表 车削试验加工参数正交表 L ( 3) 9 1. 1 试验材料与试样 C A B 切削深度速走刀量转试验 D 空列 ) 1 ) 1 a/ mm TC18 车削加工的材料对象为 超高强度钛合金 v / ( r?min ) f / ( mm?r ) p 编号
,40 mm。: 840 ? ,1 h + 棒料直径 热处理
制度
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为炉 100( 1) 0. 2( 1) 1. 5( 1) ( 1) 1
100( 1) 0. 3( 2) 2. 5( 2) ( 2) 2+ 750 ? ,1 h + + 600 ? ,2 h + 。冷 空冷 空 冷通 过 100( 1) 0. 4( 3) 3. 5( 3) ( 3) 3+ 。TC18 双重退火处理获得 α β 双相组织钛合金的 200( 2) 0. 2( 1) 2. 5( 2) ( 3) 4、1、2 。化学成份室温力学性能分别如表 表 所示 200( 2) 0. 3( 2) 3. 5( 3) ( 1) 5
200( 2) 0. 4( 3) 1. 5( 1) ( 2) 6
400( 3) 0. 2( 1) 3. 5( 3) ( 2) 7TC18 / %1 表 钛合金的化学成分质量分数 400( 3) 0. 3( 2) 1. 5( 1) ( 3) 8元素 Al Mo V Cr Fe C O N H Ti 400( 3) 0. 4( 3) 2. 5( 2) ( 1) 9
: 3 质量分数 余量 注括号内为各参数的 个水平 5. 10 5. 14 5. 06 0. 93 0. 98 0. 021 0. 15 0. 02 0. 0 027
钛合金车削加工试件表面粗糙度的测量利用日 TC18 2 表 钛合金室温下的力学性能 Surf Test SJ-201 。 本三丰公司的 型粗糙度仪疲劳试/ %ψ / MPa / MPa / % σσδb 0. 2 5 PQ-6,型 旋 转 弯 曲 疲 劳 试 验 机转 速 验 采 用 1 220 1 160 17. 0 48. 2 3 000 r / min,。室温下进 行首先通过精车试样的应
( S-N) ,力寿命曲 线 测 试确 定 合 适 的 最 高 循 环 应 力
,水平条件在此相同应力条件下对比各表面粗糙度 1 旋转弯曲疲劳试样几何形状及尺寸如图 所
。TC18 ,5 。 示为了揭示机械加工表面粗糙度对 钛合金 状态试样的中值疲劳寿命平行试样为 件
1. 3,、疲劳性能的影响规律分别采用粗车精车和精车后 数据分析方法
、、Taguchi R分别采用直 观 分 析 法方 差 分 析 法分机械抛光的方法制备表面粗糙度 值 分 别 为 a
2 m、0. 8 m 0. 06 m 3 ,μμ及 μ的 种疲劳试样进行疲 析法以及多元线性回归分析法综合分析车削加工试 ,11 : 15,。Taguchi 。验结果分析法是由日本田口玄一博 劳寿命对比试验研究
,,士创立的它是一种以试验技术为基础通过系统设
、 计参数设计和容差设计提高与改进产品质量的一
4 ,。表 所示的疲劳寿命试验结果表明机械加工 种质量工程方法田口法的核心分析工具是正交表
TC18 表面 粗 糙 度 对 钛合金疲劳寿命有显 著 的 影 S / N。S / N ,在 分析中性能特性可 和信号与干扰比 ,,,响表面粗糙度愈大其疲劳寿命愈低粗 车 试 样 、。以分成望小特性望大特性和望目特性为了获得 ( R= 2. 0 m) ( R=μ的疲劳寿命分别是精车试样 a a ,最佳的加工性能对表面粗糙度应采用望小特性来 0. 8 m) ( R= 0. 06 m) μ和 抛 光 试 样 μ疲 劳 寿 命 的a 。,S / N 研究对于望小特性比值公式为 1 /531 /62,和 故机械加工中必须严格控制工件的表 n 12 YS / N = )1 0lg ( 1) 。,面粗糙度原因是钛合金对表面缺口敏感性高尤 i? n i = 1TC18 ,其是 钛合金属于超高强度钛合金其 表 面 缺 : Yi ( 式中是第 次实验结果即试验中被加工零件表 i ,16,。 口敏感性会更高) 。面粗糙度的实际测量值可以通过信号与干扰比
,此外为了模拟承受弯曲交变载荷的航空零部件 。 和方差分析来预测车削过程可变参数的最佳组合
,而采用了旋转弯曲疲劳试验方法试样表面承受最大 ,根据上述分析方法确定最佳车削加工参数最
,,的交变应力幅值故疲劳裂纹首先从表面萌生因而 ,后通过验证性试验来考核所确定的最佳车削加工
,,表面粗糙度愈大其疲劳裂纹愈易于在表面萌生裂 。参数的合理性
, 纹萌生寿命所占总寿命的比例会降低由此导致钛合
,。 金表面粗糙度愈高其疲劳抗力愈低另外通过对比 2试验结果与分析
,抛光和精车试样的疲劳寿命可以发现尽管二者的表 2. 1 TC18 表面粗糙度对 合金疲劳寿命的影响
R1 ,,4 、面粗糙度 值相差 个数量级然而前者的疲劳寿 表 所示为分别采用粗车精车和精车后机械 a
3 ( R抛光的方法制备的 种 表 面 粗 糙 度 值 分 别 为 16. 6% ,TC18 命仅仅比后者提高了 这说明 钛合金的 a
2 m、0.8 m 0. 06 m) 600 MPa μμ及 μ疲 劳 试 样 在 最R,疲劳寿命与表面粗糙度 值并非呈线性变化关系 a
,大循环应力条件下的疲劳寿命试验结果每种表面 通过合适的精车参数控制表面粗糙度达到一定数值
5 。600 MPa 粗糙度平行试样为 件最大循环应力水 ,。,后即可获得很高的疲劳抗力由此可见对于承受
-S-N)( 平条件的确定依据对精车 试 样 的 应 力寿 命 TC18 疲劳载荷的超高强度 钛合金零件的车削加工来
。 曲线的测试结果,R,说可以用表面粗糙度值 值作为评价指标通过优 a
,,化加工参数试验获得合理的车削加工参数以保证 4R表 试样表面粗糙度 对疲劳寿命的影响 a TC18 。较高的 钛合金的抗疲劳性能 / N 次 疲劳寿命 试样表面 粗2. 2 疲劳寿命 疲劳试样 直观分析
单个试样 平均值 / mR糙度 μ r比值 加工方法 a 5 3 表 为对应表 所示的不同车削加工参数下所
32 882 ,制备试样的表面粗糙度测试结果考虑到试件表面 ,粗糙度分布的分散性和测试数据的可靠性采取测 23 658 3 ,试被加工试件表面 处不同位置的表面粗糙度并 2. 0( )粗车 均值 25 854 28 229 1 。取平均值作为试验结果 24 710
34 041
5 表 制备试样的表面粗糙度试验测试结果 1 941 149 试验编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 561 161 1. 07 1. 27 2. 39 0. 82 1. 27 2. 42 0. 99 1. 52 2. 21 R/ m 0. 8( )μ精车 均值 740 433 1 508 937 53 a 1 862 039
1 439 903 5 ,4 由表 所示 的 试 验结果可以看到号 参 数 加
,R= 0.82 m,工试样的表面粗糙度值最小μ即与前 a 1 459 720 ,面疲劳试验中的精车试样的表面粗糙度相近其加 931 510 +精车 ABC( A 、B 工
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
为 表 示 因素第二个水平因 素 2 1 2 0. 06( )均值 3 501 893 1 759 366 62 抛光、C ,第一 个 水 平因 素 第 二 个 水 平即 转 速 为 1 987 854 0. 2200 r / min、mm / r、走 刀 量 为 切 削 深 度 为
915 852 2. 5 mm) ; 7 其次是 号参数下加工件的表面粗糙 度
,R= 0. 99 m,ABC。 值较低μ其加工方案为 a 3 1 3
,6 上述结果是通过试验直接得到的为了进一步 由表 所示分析结果可以看出各影响因素的极
, ,R ,R ,R寻找最佳因素水平配合方案分析过程中采用文献由此可以得到影响零件表面 差关系为 B C A
,12,, : B , 中的主要计算公式计算各因素的极差值如表粗糙度各因素的主次顺序为走刀 量 切 削 深 度
6 ,C , A。所示得到了各因素对零件表面粗糙度值的 影 响 转速
2 。2 : B( ) 趋势图如图 所示 从图 可以看出因素 走刀量对零件表面
,,粗糙度影响最大随着走刀量的增大零件表面粗糙
R6极 零件表面粗糙度 差分析表表 ; A C 度急剧增加因素 与因素 对零件表面粗糙度影 a
,。2 响规律一致均存在极小值点从图 可以直观得 水平 A B C
到获得最低零件表面粗糙度的最优车削加工参数组 1 1. 58 0. 96 1. 67 / min、A B C ( 200 r 合方 案 为 即 转 速 为 走 刀 量 为 2 1 2
2 1. 50 1. 35 1. 43 0. 2 mm / r、2. 5 mm) 。2. 1 切削深度为 根据 节的疲
,劳试验结果可知采用该车削加工参数可以获得很 3 1. 57 2. 34 1. 55
TC18 。高的 钛合金疲劳抗力
R( max )m in)极差 0. 08 1. 38 0. 24 2. 3方差分析
直观分析不能估计试验中必然存在的误差的大影响重要性排名 3 1 2
,小即不能区分因素各水平所对应的试验结果间的
,差异究竟是由于因素水平不同所引起的还是由于
,。试验误差造成的因而不能知道分析的精度为了
,。弥补直观分析的不足可采用方差分析的方法
,方差分析就是利用试验结果的信息对试验中
,哪些因素对试验结果有显著性作用哪些因素没有
。7 显著作用作出合理判断的统计方法表 所示为方
,= 0.01 0. 05, 差分析结果对于给定显著水平 α 或
B( f) ,因素 走刀量 对粗糙度影响是非常显著的因素
C A 。与因素 对粗糙度的影响不显著这个结论与直
。 f 观分 析得到的结论是一致 的走 刀 量 是 车 削 TC18 ,钛合金零件表面粗糙度的主要影响因素这一 ,5,2 R图 各车削参数对零件表面粗糙度 的影响趋势图 a 。结论从理论分析上也得到了支持
7表 方差分析结果
方差来源 偏差平方和 自由度 均方 F F显著水平 值 α
A 0. 01 2 0. 005 1. 00
非常显著 B 3. 03 2 1. 515 303. 00 F( 2,2) = 19. 00 0. 05 C 0. 09 2 0. 045 9. 00 F( 2,2) = 99. 01 0. 01 D e误差 0. 01 2 0. 005
总和 3. 14 8
2. 4Taguchi ,S / N 。Taguchi 分析方法思想中比 值 越 大 越 好 在 法分析
9 ,RS / N 进一步计算信号与干扰比响应列入表 中并绘出 零件表面粗糙度 的望小特性 比的计算a
S / N3 。( 1) ,S / N ,各影响因素水平对比值的趋势图如图 所示 分别将试验结果代入公式计算得到 比值 4L( 3 ) 。8 表 所示为正交试验表 及试验与计算结果 9
4L( 3 ) 8 表 正交试验表 及试验与计算结果 9
) 1 ) 1 C a/ mm/ mR切削深度 μ S / N / dBD v / ( r?min ) B f / ( mm?r ) 空列试验编号A 走刀量 p a 转速
100( 1) 0. 2( 1) 1. 5( 1) ( 1) 11. 07) 0. 59
100( 1) 0. 3( 2) 2. 5( 2) ( 2) 21. 27) 2. 08
100( 1) 0. 4( 3) 3. 5( 3) ( 3) 32. 39) 7. 57
200( 2) 0. 2( 1) 2. 5( 2) ( 3) 40. 821. 72
200( 2) 0. 3( 2) 3. 5( 3) ( 1) 51. 27) 2. 08
200( 2) 0. 4( 3) 1. 5( 1) ( 2) 62. 42) 7. 68
400( 3) 0. 2( 1) 3. 5( 3) ( 2) 70. 990. 09
400( 3) 0. 3( 2) 1. 5( 1) ( 3) 81. 52) 3. 64
400( 3) 0. 4( 3) 2. 5( 2) ( 1) 92. 21) 6. 89
S / N 9 ,由表 可以看出各参数水平对 的影响效 。结果是一致的
,B( f) 2. 5,应不同其中因素 走刀量 影响最大且随着走 多元线性回归分析
8 , S / N ; A( v) 根据表 所示的试验方案及试验数据采用数刀量的增加 值急剧下降因素 转速 与因素
C( a) 切削深度 对车削试件表面粗糙度影响规律一 SPSS 13. 0 理统计分 析 软 件 进 行多元线性回归分 p
,。S / N 致均存在极大值点根据各因素对 的影响程度 ,R析可得车削试件表面粗糙度 与车削加工参数之 a
可以判定各车削参数对表面粗糙度的影响按主次排 间关系的多元线性回归方程
)5: f , a= )0. 378 + 4. 05 × 10 v + 6. 9f) 0. 06a( 2)R, v 。列次序依次为走刀量 切削深度 转速 pa p
上述回归方程可作为车削加工工件表面粗糙度
9表 信号与干扰比响应 。数值的预测方程
水平 A B C 2. 6验证试验
为了进一步验证上述优化车削加工参数组合方1 ) 3. 41 0. 41 ) 3. 97
案及加工件表面粗糙度预测 方程的合理性与可靠 2 ) 2. 68 ) 2. 60 ) 2. 42
,。性进行了验证试验根据前面分析得到的最优参 3 ) 3. 48 ) 7. 38 ) 3. 19
ABC( 200 r / min、数组 合 为 即 转 速 为 走 刀 量 为 2 1 2 0. 80 7. 79 1. 55 Rmax )m in) ( 对 的效应a 0. 2 mm / r、2. 5 mm) ,3 切削深度为 进行了 次重复验影响重要性排名 3 1 2 ,证试验试件的表面粗 糙度测试结果和根据方程
( 2) 10 。预测的结果如表 所示
10 表 验证试验件表面粗糙度测试与预测结果
试验编号 / % 误差 R/ m R' / m 测试 μ预测 μa a
1A 0. 88 2. 3
2A 0. 82 4. 9 0. 86
3A 0. 80 7. 5
平均值 0. 83 0. 86 4. 9
10 ,3对比表 所示的测试及计算结果可以 看 到
次重复验证试验所加工试件的表面粗糙度测试值分 3 S / N 图 各车削参数水平对 比值影响的趋势图
0. 88 m、0.82 m 0. 80 m,别 为 μμ及 μ平 均 值 为
Taguchi S / N 根据 分析方法思想中 比值越大越 0. 83 m。( 2 ) μ根据车削 试 件 表 面 粗糙度预测方程 ,3 好的原则从图 中可以得到获得零件表面粗糙度 R= 0. 86 m,计算所得到的 μ预测值与实际测试值 a
ABC( 4. 9% 。,最低的最优车削参数组合方案为 即转速为 间的误差平 均 为 上 述 验 证 试 验不 仅 表 明 2 1 2
2000. 2r / min、mm / r、优化车削参数能获得较低的 车削加工件表面粗糙 走 刀 量 为 切 削 深 度 为
2. 5 mm) ,、,, 该分析结果与直观法方差分析法的分析 度试件的表面粗糙度数值稳定性好而且表明了所
, ,M,, ,: ,5, 艾兴刘战强高速切削 加 工 技 术北 京国 防 工 业 出 R。得 预测方程的正确性 a 版社,2003
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file:///C|/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档.txt2012/8/26 12:19:58