一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法，具体包括以下步骤：步骤1，建立工艺因子对薄壁结构表面完整性的影响模型；步骤2，建立薄壁结构表面完整性特征对疲劳性能的影响模型；步骤3，根据步骤1和步骤2所得的结果，确定铣削工艺因子铣削速度vc、每齿进给量fz、铣削深度ap、铣削宽度ae的变化方向及抗疲劳铣削工艺参数域C2。本方法用于实现对薄壁结构加工的工艺参数的有效控制，提高构件的抗疲劳性能。

An optimization method for fatigue resistant milling parameters of thin-walled structures

The invention discloses an anti fatigue Milling Thin-walled Structure Parameter optimization method, including the following steps: 1, the establishment of the process factors on the surface integrity of the thin-walled structure model; step 2, the establishment of a complete surface characteristics of thin-walled structure influence on the fatigue performance of the model; step 3, according to steps 1 and 2 of the income the change to determine the direction of milling milling speed factor VC, feed per tooth, milling depth, milling FZ AP width AE and anti fatigue milling parameters domain C2. The method is applied to effectively control the technological parameters of the thin-walled structure and improve the fatigue resistance of the component.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于抗疲劳铣削
，涉及一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法。
技术介绍
几十年的服役实践证明，机械零构件失效中疲劳失效占到50～90％，而航空构件中疲劳失效占到80％以上。特别是飞机、发动机等关键构件，疲劳是安全服役威胁最大的失效模式。长期以来，人们一直把表面几何特征如表面粗糙度、表面微裂纹作为衡量表面加工质量的主要依据。认为表面微观不平度越小，疲劳强度越高。后来又引进了三个参数：表面残余应力、表面冷作硬化程度和深度。目前，研究者们在评价表面完整性特征参数对疲劳性能的影响方面，尚无统一认识，一些研究者认为，影响疲劳性能的主要因素是残余应力，而另一些则认为，疲劳性能的变化是因冷作硬化或表面粗糙度所致。因此，研究薄壁结构抗疲劳铣削方法，对提高构件疲劳性能具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法，用于实现对薄壁结构的工艺参数的有效控制，提高构件的抗疲劳性能。本专利技术所采用的技术方案是，一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法，具体包括以下步骤：步骤1，建立工艺因子对薄壁结构表面完整性的影响模型；步骤2，建立薄壁结构表面完整性特征对疲劳性能的影响模型；步骤3，根据步骤1和步骤2所得的结果，确定铣削工艺因子铣削速度vc、每齿进给量fz、铣削宽度ae、铣削深度ap的变化方向及抗疲劳铣削参数域C2。步骤1的具体过程如下：步骤1.1，确定铣削工艺因子：铣削速度vc；每齿进给量fz；铣削深度ap；铣削宽度ae；步骤1.2，确定表面完整性特征：表面粗糙度Ra；表面残余应力σr；表面显微硬度HV；步骤1.3，选取工艺因子集合C1：[vcmin，vcmax]；[fzmin，fzmax]；[apmin，apmax]；[aemin，aemax]；步骤1.4，在步骤1.3所选的集合C1的参数范围内，进行铣削正交试验，得到不同的铣削加工表面；步骤1.5，对步骤1.4所得的铣削加工表面进行表面完整性测试；步骤1.6，根据步骤1.3和步骤1.5所得的结果，运用多元线性回归的方法建立铣削工艺因子和表面完整性特征的影响模型，如下公式(1)所示：即得其中，αi,βi,γi,ηi分别为vc,fz,ae,ap的指数(常数)，i＝1～3，A、B、C为常数，αi,βi,γi,ηi大小代表表面完整性特征对工艺因子变化的敏感性；其符号代表表面完整性特征随工艺因子变化的变化方向，αi,βi,γi,ηi的绝对值越大，表面完整性特征对工艺因子变化越敏感；步骤1.7，根据公式(2)中αi,βi,γi,ηi的大小，分别确定vc,fz,ae,ap对表面完整性特征Ra,σr,HV影响的显著性大小；根据αi,βi,γi,ηi的正负号，分别确定vc,fz,ae,ap变化时，表面完整性特征Ra,σr,HV的变化方向。步骤1.5的具体过程如下：表面粗糙度Ra采用表面轮廓仪进行测试，不同铣削加工表面采用统一的取样长度和评定长度，每个试件测量至少3个点取平均值；表面残余应力σr采用残余应力测试系统进行测试；表面显微硬度HV采用显微硬度计测试，每个试件测量至少3个点取平均值。步骤2的具体过程如下：步骤2.1，进行薄壁结构疲劳试样的铣削加工；步骤2.2，对步骤2.1铣削后的疲劳试件表面，进行表面完整性测试；步骤2.3，在室温条件下，进行拉-拉疲劳寿命试验，得到疲劳试件的疲劳寿命Nf；步骤2.4，根据步骤2.2和步骤2.3所得的结果，运用多元线性回归的方法建立表面完整性特征和疲劳寿命的影响模型，如下公式(3)所示即得Nf＝10DRaκσrλHVμ(4)；其中，Nf为疲劳寿命，κ,λ,μ，分别为Ra,σr,HV的指数(常数)，κ,λ,μ大小代表疲劳寿命对表面完整性特征变化的敏感性；κ,λ,μ符号代表疲劳寿命随表面完整性特征变化的变化方向，κ,λ,μ的绝对值越大，疲劳寿命对表面完整性特征变化越敏感；步骤2.5，根据公式(4)中κ,λ,μ的大小，分别确定Ra,σr,HV对疲劳寿命Nf影响的显著性大小；根据κ,λ,μ的正负号，分别确定Ra,σr,HV变化时，疲劳寿命Nf的变化方向；步骤2.6，根据步骤2.4建立的表面完整性特征和疲劳寿命的影响模型，得当使Nf提高时，Ra,σr,HV的变化方向。步骤2.1的具体过程为：侧铣加工试样侧面，端铣加工两个工作面，所有疲劳试样采用相同的侧铣加工工艺加工侧面，疲劳试样端面采用N组不同参数组合的端铣工艺加工，其中N大于等于3。步骤2.2的具体过程为：表面粗糙度Ra采用表面轮廓仪进行测试，不同铣削加工表面采用统一的取样长度和评定长度，每个试件测量至少3个点取平均值；表面残余应力σr采用残余应力测试系统进行测试；表面显微硬度HV采用显微硬度计测试，每个试件测量至少3个点取平均值。步骤3的具体过程为：根据步骤2.6和步骤1.6所得的结果，以及表面完整性特征对工艺参数变化的敏感性，确定铣削工艺因子铣削速度vc、每齿进给量fz、铣削深度ap、铣削宽度ae的变化方向及抗疲劳铣削参数域C2：[vcmin`，vcmax`]；[fzmin`，fzmax`]；[apmin`，apmax`]；[aemin`，aemax`]，该参数域C2在工艺因子集合C1内选取。本专利技术的有益效果是，本专利技术提供的方法是在初选工艺参数域内进行正交试验和疲劳寿命试验。以疲劳寿命为判据，通过分析切削工艺参数对表面完整性特征的影响关系以及表面完整性特征对疲劳寿命的影响关系，获得保证一定疲劳寿命条件下的表面完整性切削表面对应的切削工艺变化方向及范围。方法简单，可以快速、直观的获得表面完整性对应的工艺参数域，实现对薄壁结构的工艺参数的有效控制，提高构件的抗疲劳性能。附图说明图1是本专利技术一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法实施例中TB6钛合金薄壁结构疲劳试件图；图2是本专利技术一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法实施例中获得的TB6钛合金抗疲劳铣削的S-N曲线与传统S-N曲线对比。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法，具体包括以下步骤：步骤1，建立工艺因子对薄壁结构表面完整性的影响模型，具体包括以下步骤：步骤1.1，确定铣削工艺因子：铣削速度vc；每齿进给量fz；铣削宽度ae；铣削深度ap；步骤1.2，确定表面完整性特征：表面粗糙度Ra；表面残余应力σr；表面显微硬度HV；步骤1.3，根据粗加工试切试验，选取工艺因子集合C1：[vcmin，vcmax]；[fzmin，fzmax]；[apmin，apmax]；[aemin，aemax]；步骤1.4，在步骤1.3所选的集合C1的参数范围内，进行铣削正交试验，得到不同的铣削加工表面(试验时采用固定的机床、刀具、加工方式、以及冷却方法)；步骤1.5，对步骤1.4所得的铣削加工表面进行表面完整性测试，具体如下：(铣削加工)表面粗糙度Ra采用表面轮廓仪进行测试，(不同铣削加工表面)采用统一的取样长度和评定长度，每个试件测量至少3个点取平均值；表面残余应力σr采用残余应力测试系统进行测试；表面显微硬度HV采用显微硬度计测试，每个试件测量至少3个点取平均值；步骤1.6，根据步骤1.3和步骤1.5所得的结果，运用多元线性回归的方法建立铣削工艺因子和表面完整性特征的影响模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1，建立工艺因子对薄壁结构表面完整性的影响模型；步骤2，建立薄壁结构表面完整性特征对疲劳性能的影响模型；步骤3，根据步骤1和步骤2所得的结果，确定铣削工艺因子铣削速度vc、每齿进给量fz、铣削深度ap、铣削宽度ae的变化方向及抗疲劳铣削参数域C2。

【技术特征摘要】
1.一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1，建立工艺因子对薄壁结构表面完整性的影响模型；步骤2，建立薄壁结构表面完整性特征对疲劳性能的影响模型；步骤3，根据步骤1和步骤2所得的结果，确定铣削工艺因子铣削速度vc、每齿进给量fz、铣削深度ap、铣削宽度ae的变化方向及抗疲劳铣削参数域C2。2.根据权利要求1所述的一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程如下：步骤1.1，确定铣削工艺因子：铣削速度vc；每齿进给量fz；铣削深度ap；铣削宽度ae；步骤1.2，确定表面完整性特征：表面粗糙度Ra；表面残余应力σr；表面显微硬度HV；步骤1.3，选取工艺因子集合C1：[vcmin，vcmax]；[fzmin，fzmax]；[apmin，apmax]；[aemin，aemax]；步骤1.4，在步骤1.3所选的集合C1的参数范围内，进行铣削正交试验，得到不同的铣削加工表面；步骤1.5，对步骤1.4所得的铣削加工表面进行表面完整性测试；步骤1.6，根据步骤1.3和步骤1.5所得的结果，运用多元线性回归的方法建立铣削工艺因子和表面完整性特征的影响模型，如下公式(1)所示：lgRalgσrlgHV=ABC+α1β1γ1η1α2β2γ2η2α3β3γ3η3lgvclgfzlgaelgap---(1);]]>即得Ra=10Avcα1fzβ1aeγ1apη1σr=10Bvcα2fzβ2aeγ2apη2HV=10Cvcα3fzβ3aeγ3apη3---(2);]]>其中，αi,βi,γi,ηi分别为vc,fz,ae,ap的指数，i＝1～3，A、B、C为常数；αi,βi,γi,ηi大小代表表面完整性特征对工艺因子变化的敏感性；其符号代表表面完整性特征随工艺因子变化的变化方向，αi,βi,γi,ηi的绝对值越大，表面完整性特征对工艺因子变化越敏感；步骤1.7，根据公式(2)中αi,βi,γi,ηi的大小，分别确定vc,fz,ae,ap对表面完整性特征Ra,σr,HV影响的显著性大小；根据αi,βi,γi,ηi的正负号，分别确定vc,fz,ae,ap变化时，表面完整性特征Ra,σr,HV的变化方向。3.根据权利要求2所述的一种薄壁结构抗疲劳铣削参数优化方法，其特征在于：所述步骤1.5的具体过程如下：表面粗糙度Ra采用表面轮廓仪进行测试，不同铣削加工表面采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚倡锋，张定华，任军学，武导侠，田荣鑫，周征，张吉银，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61