一种TA15钛合金铣削加工方法及其应用技术

本发明专利技术属于机械加工领域，具体涉及一种TA15钛合金铣削加工方法及其应用。该方法包括：控制铣削速度为30

【技术实现步骤摘要】
一种TA15钛合金铣削加工方法及其应用


[0001]本专利技术属于机械加工领域，具体涉及一种TA15钛合金铣削加工方法及其应用。

技术介绍

[0002]TA15钛合金是在俄罗斯BT20钛合金基础上研制的高Al当量近α型钛合金。其主要的强化机制是通过α稳定元素Al的固溶强化，加入中性元素Zr和β稳定元素Mo和V，可以改善工艺塑性，因此所以它既具有α型钛合金良好的热强性和可焊性，又具有接近于α+β型钛合金的工艺塑性。TA15钛合金长时间(3000h)工作温度可达500℃，瞬时(不超过5min)可达800℃。因其高比强度、优异的抗蠕变和抗腐蚀性能、良好的高温力学性能和可焊性等优点而被广泛用于500℃以下长时间工作的飞机、发动机零件和焊接承力零部件制造。TA15钛合金切削过程切削力大、切削温度高、导热性能和弹性模量低等特点使得钛合金加工性能差，在切削过程中难以控制工件加工表面完整性，从而对零部件的疲劳性能产生不利影响。
[0003]表面完整性是指金属切削后工件表面几何特征和表面变质层微观力学和微观结构特征的综合指标，主要包含表面粗糙度、表面形貌、残余应力、显微硬度和微观组织等。表面完整性优劣显著影响零部件的疲劳性能，因此在加工过程中需要控制表面完整性，以期获得良好的疲劳性能。高速切削具有切削力小、加工效率高、加工成本低等特点，常用于钛合金和镍基合金等难切削材料。
[0004]目前对于钛合金的疲劳寿命的改进主要集中在钛合金额外加工或是改变钛合金生产工艺。但此类方法多复杂繁琐，需要上游材料供应改变或是需要额外锻造加工，无法直接应用于TA15钛合金铣削加工。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于寻求合适工艺参数，改进加工方法，改善TA15钛合金疲劳寿命，为TA15钛合金构件的铣削加工提供工艺参数选择提供参考。
[0006]基于上述目的，本申请通过提供一种TA15钛合金铣削加工方法及其应用来解决该领域中的这种需要。
[0007]一方面，本专利技术涉及一种TA15钛合金铣削加工方法，其包括：控制铣削速度为30
‑
40m/min，控制每齿进给量为0.03
‑
0.07mm/z；基于铣削速度和每齿进给量，建立TA15钛合金铣削加工后表面完整性相关参数分别与疲劳寿命的影响模型，获得TA15钛合金铣削加工疲劳寿命的最优加工参数。
[0008]优选地，在本专利技术提供的TA15钛合金铣削加工方法中，控制铣削速度为30m/min，控制每齿进给量为0.03mm/z。
[0009]优选地，在本专利技术提供的TA15钛合金铣削加工方法中，控制铣削速度为40m/min，控制每齿进给量为0.03mm/z。
[0010]优选地，在本专利技术提供的TA15钛合金铣削加工方法中，控制铣削速度为40m/min，控制每齿进给量为0.07mm/z。
[0011]进一步地，本专利技术提供的TA15钛合金铣削加工方法中，表面完整性相关参数为表面粗糙度和表面残余应力。
[0012]进一步地，本专利技术提供的TA15钛合金铣削加工方法中，表面完整性相关参数为表面粗糙度；
[0013]表面粗糙度与疲劳寿命的影响模型为：
[0014]N＝(
‑
22.097R
a
+7.567)
×
105；
[0015]其中，N为疲劳寿命，R
a
为表面粗糙度。
[0016]进一步地，本专利技术提供的TA15钛合金铣削加工方法中，表面完整性相关参数为表面残余应力；
[0017]表面残余应力与疲劳寿命的影响模型为：
[0018]N＝(
‑
0.027σ
r
‑
11.113)
×
105；
[0019]其中，N为疲劳寿命，σ
r
为表面残余应力。
[0020]另一方面，本专利技术涉及本专利技术提供的TA15钛合金铣削加工方法在TA15钛合金加工中的应用。具体地，在该应用中，加工方法用于改变TA15钛合金表面完整性，改善铣削对TA15钛合金疲劳寿命的影响。
[0021]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果或者优点：
[0022](1)本专利技术提供了一种TA15钛合金铣削加工方法，采用本专利技术给定的铣削速度与每齿进给量，能改变TA15钛合金表面完整性，有效改善铣削对TA15钛合金疲劳寿命的影响。
[0023](2)本专利技术提供了一种TA15钛合金铣削加工方法，建立了TA15钛合金铣削加工后表面完整性相关参数分别与疲劳寿命的影响模型，获得了TA15钛合金铣削加工疲劳寿命的最优加工参数。本专利技术经过试验得到，疲劳寿命的提高是小的表面粗糙度、高的残余压应力、应变硬化和晶粒细化共同作用的结果，但表面粗糙度和表面残余应力对TA15钛合金铣削加工疲劳寿命影响较大，而表面显微硬度和晶粒细化对TA15钛合金铣削加工疲劳寿命影响较小。
附图说明
[0024]图1为轴向加载疲劳试样的端面形状。
[0025]图2为铣削速度对表面粗糙度的影响。
[0026]图3为每齿进给量对表面粗糙度的影响。
[0027]图4为铣削速度对TA15钛合金表面残余应力的影响曲线。
[0028]图5为每齿进给量对TA15钛合金表面残余应力的影响曲线。
[0029]图6为铣削加工后TA15钛合金表层残余应力梯度分布曲线。
[0030]图7为不同铣削参数下表层显微硬度测试结果。
[0031]图8为不同铣削参数下表层显微硬度梯度分布。
[0032]图9为不同铣削参数下的表层微观组织。其中，(a)为1#铣削参数下的表层微观组织，(b)为3#铣削参数下的表层微观组织，(c)为6#铣削参数下的表层微观组织。
[0033]图10为表面粗糙度对疲劳寿命的影响。
[0034]图11为表面残余应力对疲劳寿命的影响。
[0035]图12为表面粗糙度和表面残余应力综合作用对疲劳寿命的影响。
[0036]其中，M1为1#铣削参数，M2为2#铣削参数，M3为3#铣削参数，M4为4#铣削参数，M5为5#铣削参数，M6为6#铣削参数。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]下述各实施例中实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述药剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到；所述指标数据，如无特殊说明，均为常规测量方法。
[0039]本实施例提供了不同铣削参数对TA15钛合金疲劳寿命的影响试验。
[0040]TA15钛合金成分为Ti
‑
6.5Al
‑
2Zr<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TA15钛合金铣削加工方法，其特征在于，包括：控制铣削速度为30
‑
40m/min，控制每齿进给量为0.03
‑
0.07mm/z；基于铣削速度和每齿进给量，建立所述TA15钛合金铣削加工后表面完整性相关参数分别与疲劳寿命的影响模型，获得TA15钛合金铣削加工疲劳寿命的最优加工参数。2.根据权利要求1所述的TA15钛合金铣削加工方法，其特征在于，控制铣削速度为30m/min，控制每齿进给量为0.03mm/z。3.根据权利要求1所述的TA15钛合金铣削加工方法，其特征在于，控制铣削速度为40m/min，控制每齿进给量为0.03mm/z。4.根据权利要求1所述的TA15钛合金铣削加工方法，其特征在于，控制铣削速度为40m/min，控制每齿进给量为0.07mm/z。5.根据权利要求1所述的TA15钛合金铣削加工方法，其特征在于，所述表面完整性相关参数包括：表面粗糙度和表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉渊，赵帅，林琳，雷其平，谭继清，谭靓，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：