焊接结构机床件应力与精度控制技术研究

调研测试了国内外焊接机床结构件的残余应力,试制了某立式加工中心用焊接床身、立柱和滑鞍并跟踪测试其焊接后与组合时效处理后的应力与变形.结果 表明:焊接机床结构件普遍存在较大的残余应力、大多在100 MPa以上;所试制焊接床身、立柱、床身和滑鞍的焊接后初始残余应力最大分别达到154.9 MPa、274.4 MPa和300.6 MPa,接近或超过材料屈服强度,容易引起较大的变形.此外,立柱导轨、床身和滑鞍最大变形量也分别达到1.22 mm、2.24 mm、2.88 mm;经过"焊接后-热时效-半精加工-振动时效-精加工"的组合时效处理后,床身、滑鞍和立柱的应力与变形均显著降低,最大残余应力分别降低至18.1 MPa、39.8 MPa和41.9 MPa,均低于10％Rm,最大直线度分别为19.17 μm、23.57μm和36.69 μm;时隔约6个月之后,导轨面的变形量控制在1μm/1000 mm～3μm/1000 mm,具有良好的精度保持性,焊接结构件可以用于精度要求高的数控金切机床和齿轮箱等的加工场所.     

焊接结构床身的应力与变形的测试研究

采用盲孔法和数字水平仪分别测试了焊接床身的焊后初始残余应力和变形,以及振动时效、热时效、抛丸处理后的应力和加工后的变形。结果表明:焊接床身的初始残余应力可高达300.6 MPa,导轨变形量最大为2 882.07μm,有明显的变形;采用复合时效处理后的两件焊接床身的最大拉应力分别降低至43.8 MPa和12.1 MPa,均低于50 MPa;加工后导轨的最大直线度降低至26.7μm和23.6μm,明显减小。     

高速磨削用单层钎焊CBN砂轮及其磨削性能

针对钎焊砂轮存在的热变形导致精度降低的问题,提出基于局部加热的超高频感应钎焊工艺方法制备高速磨削用单层钎焊CBN砂轮,采用三坐标测量仪对砂轮及其钎焊前后的尺寸进行测量,最后对该砂轮高速磨削镍基高温合金磨削性能进行评价。三坐标测量结果显示,钎焊CBN砂轮基体的变形量小于16μm,在高速重负磨削镍基高温合金试验中,加工表面未见裂纹和烧伤,表面粗糙度可达Ra0.4μm,砂轮表现为正常磨耗磨损。表明超高频感应钎焊工艺制备的单层钎焊砂轮在高速磨削具有应用潜力。     

多孔复合结合剂立方氮化硼砂轮制备与磨削性能

针对高温合金高效磨削用砂轮气孔率不高、砂轮耐磨性差等问题,基于空心球造孔与高温钎焊技术,提出多孔复合结合剂立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,简称CBN)砂轮制备方法。从砂轮结构设计、砂轮节块制备工艺、砂轮粘接与修整等方面加以阐述,最后对该砂轮高效磨削高温合金磨削性能进行评价。在磨削速度为80m/s、磨削深度为0.2 mm的工艺条件下,多孔CBN砂轮最大材料去除率可达50 mm3/mm·s,这表明该新型多孔CBN砂轮在镍基高温合金高效深切磨削中具有应用潜力。     

GH4169合金高温变形过程本构方程

使用MMS-300热模拟实验机对GH4169合金在变形温度950℃,980℃,1000℃,1020℃,1040℃,1060℃,1100℃及变形速率0.01mm/s,0.1mm/s,1mm/s,10mm/s条件下进行压缩实验。其中,压下率为50%。在热压缩变形过程中,当温度升高或变形速率减小时,流变应力降低。根据不同的热变形参数对流变应力的影响,利用线性回归的方法分析了Arrhenius形式的本构方程,并求出激活能Q=505.649kJ/mol。最终,建立描述GH4169合金热变形规律的本构方程并分析其预测精度。结果表明:在不同热变形参数下,其流变应力的预测值与实验值的符合程度良好,平均相对误差为5.13%,线性相关度为0.977。     

水力旋流器细粒分离效率优化与数值模拟

水力旋流器内流体质点的切向速度、径向速度和轴向速度的分布规律及其流体动力学机理对于细粒分级粒径和效率具有决定性作用,并且受旋流器的结构参数、操作参数和物性参数等因素的影响。选用耐磨耐腐蚀的聚氨酯材料制造的不同规格固液分离水力旋流器,综合考虑分割粒径、处理流量、沉砂产率3项分离效率指标,通过多指标正交试验优化得到分离钙土的工作参数如下:旋流器直径50 mm,底流口直径10 mm,溢流口直径8 mm,并且在0.30 MPa给料压力下可达到分割粒径1.78μm,处理流量为2.39 m3/h的分离效率。同时针对优化后的旋流器工作参数,利用适用于旋流器湍流场的雷诺应力模型,运用FLUENT软件计算不同直径颗粒的亲水性固体在水动力中的速度场,得到分离介质的滞留时间为1.8×10 2s,反向轴速度最大可达3.08 m/s,最大切向速度半径为0.046 m,使得分离效率达到78.6%;从压力场的数值模拟结果看出,径向压强梯度从762.5 kPa/m增大到6 822.2 kPa/m,实现分割粒径达到1.78μm的效果。根据旋流器中压力场、速度场分布特征以及分离介质轨迹等数值模拟结果,提出延长分离介质的滞留时间、提高进料压力、降...     

磨削参数对硫化氢应力腐蚀试样表面质量的影响分析与优化

首先从理论上分析了影响硫化氢应力腐蚀试样表面质量的各种磨削参数,然后针对这些磨削参数设计出正交试验,进行研究和分析各参数的影响。试验结果表明,磨削过程中,磨削深度对试样表面残余应力影响最大,砂轮颗粒度对试样的表面粗糙度影响最大。试验结果证明,在砂轮线速度vs=30m/s的情况下,使用砂轮颗粒度为180#的砂轮,在工件转速vw=460r/min、轴向进给速度f=0.25mm/s、磨削深度ap=0.010mm的磨削条件下进行切削时表面质量最为优化。     

医用镍钛形状记忆合金管材旋锻的有限元模拟

采用有限元方法对医用镍钛形状记忆合金管材进行旋锻模拟,研究镍钛形状记忆合金在不同工艺条件下的应力、应变、温度等参数分布,确定了旋锻的最优方案,并进行试验验证。结果表明:管坯初始温度越高、进料速度越快、变形程度越小,主变形区的最大主应力绝对值就越小。所得到的最优工艺参数为温度650~750℃、进料速度4.0~5.0 mm/s、变形量20%~25%。管材微观组织为均匀等轴晶,平均晶粒尺寸30μm左右,力学性能良好。     

基于流固耦合的液环泵转子动力学特性分析

为了分析液环泵内非稳态气液两相流引起的转子结构响应特性，基于数值模拟与试验测试相结合的方法，对液环泵转子部件进行流固耦合应力应变分析，分析了叶轮不同叶片的应力及变形量分布特征、旋转角引起的非稳态特性、转子部件的模态特性。结果表明：当叶片尖部与壳体内壁距离最小时，其最大等效应力为最大值，随着旋转角的增大，叶片的最大等效应力先减小后增大，叶片的最大变形量随着转角与最大等效应力的变化趋势完全一致，当α=0°，Q_m=0.05 kg/s时，叶片最大变形量与最大等效应力分别为1.381 mm、180.96 MPa；叶轮沿圆周方向18枚叶片上的最大应力分布各不相同，且随着叶轮旋转角的逐渐增大，叶片的最大变形量整体上先减小后增大；叶片上的变形量分布沿径向由轮毂到叶尖近似呈线性逐渐增大，应力沿径向方向先急剧增加后缓慢减少，且在0.1r2位置处达到最大值。研究结果可为液环泵的优化设计提供参考。     

粉末床激光熔化成形H13钢工艺优化及力学性能研究

通过实验方法优化得到了粉末床激光熔化成形H13钢的工艺参数,并研究了成形样件的微观组织和拉伸性能。通过实验得到了H13钢单道成形的优化工艺区间:激光功率225 ~ 325 W,扫描速度600 ~1200 mm/s,通过块体实验得到优化的工艺参数为:激光功率275 W,扫描速度900 mm/s,扫描间距0.08 mm。微观组织显示为柱状晶粒,晶粒的宽度约为3 ~ 5 μm,长度约为10 ~ 40 μm。在优化工艺参数下成形试样的室温抗拉强度高达1 761 MPa,延伸率为2.72%。     

基于虚拟砂轮的钢轨打磨温度场研究

基于现场钢轨打磨作业方式,建立符合真实砂轮特征的虚拟砂轮,进而建立钢轨打磨过程砂轮-钢轨模型。运用有限元软件DEFORM仿真打磨过程中的钢轨温度场变化,分析钢轨上节点温度的变化规律,并研究不同打磨参数(包括打磨深度、进给速度、砂轮转速)对打磨温度的影响。研究结果表明:钢轨打磨过程中,钢轨经历砂轮的两次打磨作用,磨削区域温度继续升高,热影响区会进一步扩大。钢轨节点温度迅速升高过程中会经历一个小幅降低,然后继续升高达到温度最高点之后再逐渐降低。打磨参数对打磨温度有明显影响,当打磨深度从10μm增加到70μm时,钢轨最高温度从330℃升高至529℃;当进给速度从5 km/h增加至20 km/h时,钢轨最高温度从663℃降低至407℃;当砂轮转速从2000 r/min增加至3800 r/min时,钢轨最高温度从353℃升高至445℃。     

基于新型金刚石砂轮的Al2O3陶瓷磨削性能

利用粉末注射成形和真空钎焊技术制备了一种新型金刚石砂轮,制备的新型金刚石砂轮具有金刚石把持力大、金刚石微刃有序排布等特点。进行了基于新型金刚石砂轮的Al2O3陶瓷磨削性能研究。实验结果表明：相对于普通树脂结合剂金刚石砂轮,新型金刚石砂轮磨削Al2O3陶瓷的加工表面形貌完整性较好,宏观裂纹和表面损伤相对较少;表面粗糙度较小,当进给速度为40mm/s、磨削深度为40μm时,加工表面粗糙度Ra在0.68μm左右;在相同实验条件下,新型金刚石砂轮的磨削力减小了12%~17%,磨削温度降低了80~120℃。     

核电厂反应堆压力容器O型密封管用GH4169合金的热加工性能及组织演变

利用Gleeble-3500热模拟试验机,研究了高温合金GH4169在温度1 000～1 150℃,应变速率0.01～10 s^-1变形参数下的热加工性能及组织演变规律。获得了合金的真应力-真应变曲线,随后构建了Arrhenius本构方程、加工图与热变形机理图。结果表明,增加应变速率或降低变形温度会导致变形抗力增大,其中1 000℃下的变形抗力可达到400 MPa。合金在峰值应变与稳态应变下的热变形激活能分别为436.469 6,399.20 kJ/mol;失稳加工窗口出现在3～10 s^-1的高应变速率区;而经1 025～1 075℃,0.05～0.6 s^-1变形后,出现晶粒尺寸为10μm的完全动态再结晶组织,因此该参数区间可作为GH4169合金的最佳热加工窗口。     

基于多层钎焊金刚石砂轮在线电解修整技术的超细晶硬质合金精密磨削研究

利用模压成型技术和真空钎焊技术制备出了磨粒把持力大、力学性能优良的多层钎焊金刚石砂轮;采用在线电解修整技术促使磨钝的磨粒及时脱落,使砂轮在磨削过程中始终保持锋利性;并开展了基于多层钎焊金刚石砂轮在线电解修整技术的超细晶硬质合金精密磨削试验。试验结果表明：在相同磨削条件下,多层钎焊砂轮在线电解修整磨削力较无修整时的磨削力下降了33.7%～57.9%;多层钎焊砂轮在线电解修整磨削技术能有效提高加工表面质量。当进给速度为30 mm/s,磨削深度为15 μm时,无电解磨削加工表面粗糙度为0.35 μm,而在线电解修整磨削表面粗糙度仅为82.1 nm;多层钎焊砂轮在线电解修整磨削残余应力仅为无电解磨削时的38.2%～49.5%。且在线电解修整磨削表面完整性较好,没有出现表面/亚表面裂纹等相关缺陷,可实现超细晶硬质合金等难加工材料的高效精密加工。     

热压缩变形参数对海底用X70管线钢再结晶行为的影响

采用热模拟试验机研究了应变速率为1s-1时变形温度、变形量和变形后保温时间对海底用X70管线钢再结晶行为的影响。结果表明:在变形量为25%的条件下,试验钢发生动态再结晶的变形温度为1 0001 020℃,奥氏体晶粒可细化到33μm左右;在变形温度为980℃的条件下,发生动态再结晶的变形量为25%30%,当变形量达到30%时,再结晶基本完成,晶粒尺寸随变形量增大而减小;在变形温度为980℃、变形量为25%的条件下变形完成保温5s后,试验钢开始发生静态再结晶,保温30s后静态再结晶基本完成,此时晶粒尺寸最小,为41μm。     

旋启式止回阀关闭过程瞬态流固耦合特性研究

某核电厂重要厂用水系统止回阀的内部流动特性不明，缺少相应的应力应变分析，同时也较难对其进行试验研究。为此，采用动网格方法，建立了流固耦合计算模型，并进行了仿真计算，对核电厂重要厂用水系统旋启式止回阀关闭过程的流固耦合特性进行了研究。首先，针对某核电厂止回阀原型，建立了阀门及水体模型，并进行了网格无关性验证，确定了其最终的计算模型；然后，使用profile编写了阀板运动控制规则，设置了动网格模型，利用ANSYS单向流固耦合方法，设置了其交界面与约束条件，对止回阀瞬态关闭过程进行了仿真计算；最后，对关阀过程中不同开度的流场速度压力分布和结构场应力变形变化进行了分析。研究结果表明：在止回阀的关闭过程中，阀内流场最大速度在关闭初期为17.87 m/s,并逐步降低至0 m/s;止回阀的最大等效应力和最大变形量分别出现在转轴与阀体连接处以及阀板的最下部，分别为1.547 4×10⁸ Pa和4.74 mm,并随开度减小而增大。依据计算结果得到了该止回阀关闭工况的流场变化与阀门应力、变形响应特性，提高了设备运行的可靠性，可以为设备的优化设计提供参考。     

冷加工变形量对TiNiCu形状记忆合金棒材形状记忆效应的影响

以相变温度、最大可恢复应变及恢复应力等作为形状记忆效应的特征参数,通过示差扫描量热分析、拉伸实验研究了冷加工变形量对TiNiCu形状记忆合金棒材形状记忆效应的影响。结果表明:冷加工变形量对试样的相变温度基本无影响;冷加工变形量增加,试样的最大可恢复应变及恢复应力增加;不同冷加工变形试样分别预应变至其对应临界值εL处,在约束状态下加热,各试样均在110℃附近时取得恢复应力的最大值。     

激光选区成形Cu-Al-Mn-Ti记忆合金的工艺及性能研究

采用激光选区熔化技术成形了Cu-11.85Al-3.2Mn-0.1Ti(质量分数)合金。采用排水法对成形块体试样进行了致密度测试,优化了工艺参数,对试样进行了物相分析和微观组织分析,利用优化的工艺参数成形了拉伸试样和变形测试试样,测试在不同温度下拉伸试样的力学性能,通过DSC曲线分析了试样的相变温度及变形试样的记忆性能。结果表明,当激光功率为270W,扫描速度为500 mm/s,层厚为0.025 mm,扫描间距为0.1 mm时,试样具有接近100%的致密度;试样的物相中主要为马氏体相和Cu2Al Mn相,微观组织中观察到了马氏体组织,并且多为层错结构;拉伸试样在200℃时具有最大抗拉强度825.6 MPa,延伸率为20.3%且延伸率随着温度的升高而增大;试样的马氏体相变开始温度约为260℃,结束温度约为249℃,奥氏体转变温度高于400℃,形变回复率在57%以上。     

超声冲击对厚板异种钢T型焊接接头组织与硬度的影响

在18,27μm冲击振幅下对Q420qD/20MnMoNb厚板异种钢T型焊接接头焊趾区进行超声冲击处理,分析了不同冲击振幅下焊趾处的显微组织、残余应力以及显微硬度,并与超声冲击前的进行了对比。结果表明：超声冲击处理后焊趾表层出现塑性变形层、大量位错及较高残余压应力,晶粒细化,硬度提高。当超声冲击振幅由18μm增至27μm,塑性变形层深度由约120μm增大至144μm,亚晶尺寸进一步细化至约25 nm,位错密度进一步增大至约2.48×10¹⁴ m^-2;表面残余压应力增大至约433 MPa,其影响深度增大至约1 410μm;表面硬度增大至约400 HV,硬化层深度增加至约900μm。     

工艺参数对TC4钛合金喷丸强化影响的仿真分析

利用有限元法针对TC4钛合金的喷丸强化过程,建立了数值模型。首先,运用Abaqus建立的TC4钛合金喷丸强化的有限元模型,分别计算喷丸速度分别为40、60、80、100 m/s的模型,结果表明：当喷丸速度逐渐增大的过程中,表面残余应力,最大残余压应力和残余压应力层厚度都逐渐增大;其次,建立的TC4钛合金喷丸强化的有限元模型,分别计算了垂直入射、入射角为10°和入射角为20°的模型,结果表明：随着入射角的增大,靶材的表面粗糙度并没有显著变化,但对残余压应力的影响不可忽视,主要体现在最大残余应力由607.3 MPa逐渐减小为504.4 MPa,降幅20.4%,残余压应力层的厚度由158.5μm降低到145.2μm,降幅8.4%。入射角度控制在0～10°之间最合适时可以使得喷丸强化效果最优。