銑削加工表面疲勞應(yīng)力集中系數(shù)分析與實驗研究.pdf

1、動力定位全回轉(zhuǎn)推進器結(jié)構(gòu)、運動復(fù)雜，在海洋工況下承受大風(fēng)、大浪、洋流等交變載荷。其整機最大推力近80噸，即便8臺同步運轉(zhuǎn)，單臺槳葉也要承受10噸的負載?？量痰姆蹢l件和惡劣的工況對螺旋槳的服役壽命等性能提出了極高的要求。可調(diào)距螺旋槳主要的加工工藝為銑削加工，銑削加工后會在零件表面形成一層加工變質(zhì)層，這種加工變質(zhì)層可以通過表面完整性數(shù)據(jù)集去定量表征。表面完整性參數(shù)主要包括表面粗糙度、殘余應(yīng)力、硬度、金相等特征量。在循環(huán)交變載荷的作用下，這

2、些特征量的不均勻性會在加工表面形成應(yīng)力集中區(qū)域，而通常情況下，應(yīng)力集中區(qū)域容易誘導(dǎo)裂紋的萌生。
　　為了提高零件的服役壽命，需要研究螺旋槳銑削加工后的表面狀態(tài)特征，銑削工藝參數(shù)對表面完整性參數(shù)的作用規(guī)律以及銑削加工后表面狀態(tài)量對服役壽命的影響等方面的內(nèi)容。當(dāng)前，針對以上研究主要存在如下問題：（1）動力定位螺旋槳為大型曲面零件，對其加工后的表面完整性參數(shù)進行測量具有一定難度。（2）表面完整性參數(shù)較多，目前多數(shù)研究都是定性地描述各個參

3、數(shù)對疲勞性能的影響，極少有專門用來表征加工表面質(zhì)量對疲勞性能影響的評價指標。
　　本文以建立加工零件的疲勞性能評價指標為主要任務(wù)，對螺旋槳銑削加工后的表面形貌參數(shù)進行了提取分析，通過與銑削試樣表面形貌相關(guān)參數(shù)的對比分析，支撐了通過銑削平板試樣模擬螺旋槳加工表面特征的可行性；基于彈塑性斷裂力學(xué)相關(guān)原理，采用疲勞應(yīng)力集中系數(shù)表征了表面形貌，殘余應(yīng)力以及材料特性對疲勞性能的影響，并建立了相應(yīng)的評價模型；采用有限元方法，利用橢圓凹口模擬切

4、削加工后的表面形貌二維輪廓曲線，研究了表面形貌參數(shù)和殘余應(yīng)力對應(yīng)力集中的影響；設(shè)計銑削實驗，得到不同銑削工藝參數(shù)下的零件表面，完成表面形貌參數(shù)，殘余應(yīng)力以及硬度的測量，分析總結(jié)了銑削參數(shù)對表面完整性參數(shù)的影響規(guī)律；采用建立的疲勞應(yīng)力集中系數(shù)模型對加工表面疲勞性能進行評價，并通過三點彎曲疲勞實驗對評價結(jié)果進行驗證。
　　疲勞應(yīng)力集中系數(shù)一方面可為零件的抗疲勞設(shè)計提供相應(yīng)參考，另一方面可用于描述加工表面質(zhì)量對疲勞性能的影響，并為銑削工