航空发动机热端部件常采用GH4169高温合金,该材料是具有良好力学性能的难加工材料。采用ABAQUS数值模拟法分析铣削加工后GH4169高温合金工件表面残余应力分布情况,研究其对工件表面小裂纹扩展行为的影响。结果表明,加工残余应力使得已加工表面近距离处小裂纹裂尖应力应变场强度明显增大,扩展“动力”增强;裂纹长度增大至一定值时,残余应力会削弱裂尖附近应力应变场强度,减缓裂纹扩展速率;当外载荷明显大于加工残余应力时,残余应力对裂尖场强度影响减弱,对裂尖远端应力场分布影响明显。

针对GH4169高温合金加工过程切削温度高、刀具磨损严重、加工表面质量不高等问题,在刀具前刀面设计微沟槽以改变刀-屑摩擦状态,增大散热面积,改善刀具切削性能及已加工面表层残余应力分布。通过正交试验法研究刀具微沟槽形状、沟槽深度、刀具前角3个参数对刀具切削性能及已加工面表层残余应力分布的综合影响,优化刀具微沟槽参数及前角大小。综合试验结果及GH4169高温合金材料特性,优化后刀具参数可选取矩形微沟槽,沟槽深度4μm、刀具前角10°。