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高能超声波PT技术在航空抗疲劳制造中的作用

发布时间:2013-07-27 09:51

   高能超声波P T 金属加工的目的就是利用复合能量加工,大幅度降低工件表面粗糙度值,减小或消除加工刀痕和擦伤等应力集中点,减小应力集中系数及缺口效应,同时细化金属晶粒、提高工件的表面显微硬度,消除拉应力,预置压应力,最终提高工件的疲劳性能,延长工件的疲劳寿命。

    在传统“成形”制造中,我们往往只重视工件外观形状,不注重疲劳性能等综合力学性能,而高能超声波PT 技术应用于基础加工后,金属工件的表面质量和力学性能都得到了提升,其中表面粗糙度比传统的车削、铣削等金切加工方式提高3 个技术等级,可达R a0.2 以下;同时工件表面显微硬度提高20% 以上;预置良好的压应力,消除工件的表面刀纹、应力集中等缺陷;工件的耐腐蚀性提高40% 以上,耐磨性提高50% 以上,高能超声波PT 加工后可使零件疲劳寿命提高几十倍。

    抗疲劳制造是控制工件表面完整性,以疲劳性能为主要判据和提高疲劳强度的先进制造技术,它是在不改变零件材料和界面尺寸的前提下,通过在制造工艺过程中改变材料的组织及应力分布状态来提高零部件疲劳寿命的制造技术。这种技术的一个突出特点是不改变零件的结构和材料,不增加材料的重量,但能大幅度提高材料疲劳寿命。抗疲劳制造与成形制造相比,评价加工质量不仅与设计图纸一致,还必须与设计性能一致,在保证工件尺寸、形位公差合格的同时,更加注重工件的疲劳性能。

    抗疲劳制造中一个重要的评价指标是工件表面完整性,表面完整性是零部件加工后表面几何特性和表面物理性质的总称,表面几何特性包括表面粗糙度、波纹度、纹理、擦痕、几何形状和尺寸偏差等技术指标,如果表面粗糙度差,有刀痕,就在工件表面形成一个个的应力集中点,增大了应力集中系数及缺口效应[5](图1 是表面粗糙度R a0.015 工件表面在三维放大后的真实情况),也就形成了疲劳裂纹的萌生源。表面物理性质包括表面层的微观组织、塑性变形、再结晶、显微硬度、残余应力、微观裂纹、应力集中等,属于内部加工效应。

    高能超声波PT 金属加工的目的就是利用复合能量加工,大幅度降低工件表面粗糙度值,减小或消除加工刀痕和擦伤等应力集中点,减小应力集中系数及缺口效应,同时细化金属晶粒、提高工件的表面显微硬度,消除拉应力,预置压应力,最终提高工件的疲劳性能,延长工件的疲劳寿命。

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