轴承套硬车加工的径向热变形研究

热变形的大小受零件的形状、材料以及表层残余应力等因素的影响。针对风电机组主轴轴承的内圈,基于工程弹性力学和热力学原理分析了精车加工中轴承套圈产生的表层残余应力对几何形体热变形的影响,并对加工过程中由残余应力产生的径向变形进行了定量分析,建立了套筒类零件的基于残余应力的热变形数学模型,并通过理论计算和实验测试,对套筒类零件的热变形数学模型进行了验证,实验数据与数学模型大致吻合。     

复杂薄壁零件数控加工变形误差控制补偿技术研究

高性能航空发动机整体叶盘、大小叶片转子、离心叶轮、叶片等零件广泛采用钛合金薄壁结构。加工过程中的切削力、残余应力将产生零件加工变形及加工误差。本文重点讨论了薄壁零件加工过程中的切削力建模和工件加工表层残余应力的分布规律，提出了对叶盘零件加工变形误差的补偿方案。通过建立精确的切削力、残余应力预报模型，对切削加工过程进行力学仿真，优化切削参数、补偿刀位轨迹，进而实现薄壁结构叶盘零件的精密数控加工。     

精研加工参数对轴承滚道表面残余应力影响

对7008C轴承内圈滚道以不同精研加工参数进行精研加工,使用X射线应力分析仪对精研加工后的7008C轴承内圈滚道底部表面的周向和轴向残余应力值进行测量。实验结果表明:轴承滚道表面存在的残余应力为残余压应力,滚道底部平均应力值在-266~-438 MPa之间,且在轴承滚道底部表面的周向残余应力值大于轴向残余应力值;油石压力对轴承滚道表层的残余压应力影响显著,增大油石压力能显著提高轴承滚道表层的残余压应力。      

基于超声滚压加工的轴承内圈表层残余应力研究

为了研究超声滚压加工参数与轴承内圈表层残余应力之间的关系,建立有限元模型,分析内圈超声滚压加工过程中残余应力分布规律,并对轴承内圈进行超声滚压加工试验,通过单因素试验和正交试验相结合的方式,研究各个参数对轴承内圈表层残余应力的影响规律。结果表明,超声滚压加工技术可以实现轴承内圈塑性强化作用,提高其表层残余压应力,且超声滚压加工中的静压力参数对轴承内圈表层残余应力的分布影响最大,其次是主轴转速,影响最小的是横向进给量。     

轴承套圈硬车削过程中的残余应力模拟及试验研究

为了研究在小进给量条件下风电机组轴承硬态车削加工后表层残余应力的分布规律,基于大型非线性有限元分析软件ABAUQS,采用合理的材料流动应力本构模型,对风电机组轴承硬态车削过程进行了有限元仿真,获得了硬态车削加工后轴承的表层残余应力。将在不同的背吃刀量和刀具前角参数下的获得的残余应力仿真值与试验测量值进行对比,结果表明:仿真结果与实验结果吻合,通过硬车削加工可以获得400~800 MPa的残余压应力,残余压压力的深度可达0.04~0.08 mm。     

高速干硬切削加工表面残余应力的预测

高速干硬切削过程中已加工表面产生的残余应力对零件的使用性能和使用寿命有很大影响,成为优化高速干硬切削加工参数需要考虑的重要因素之一。基于热-弹塑性理论和有限元软件ABAQUSTM,建立了高速干切削GCr15淬硬钢中残余应力分布的预测模型,分析了切削速度、后刀面磨损和切削深度对残余应力分布的影响规律和形成机理。GCr15淬硬钢实验结果与预测结果对比分析表明,该模型能准确地预测出已加工表面残余应力的分布规律。     

TC4零件铣削加工残余应力自平衡前值的测量及其有限元分析

对TC4材料的条状零件进行侧铣加工,其加工表面会产生一残余应力层。通过对零件的应力层进行腐蚀剥层,测量此过程中零件挠度的变化,运用逆向思维由底层的应力值和挠度的变化逐步反推上层的应力值,最终得到应力自平衡前的分布情况,排除了零件尺寸和形状因素的影响。基于此应力值可以较准确预测不同尺寸和形状的零件因加工残余应力而产生的变形。运用有限元模拟分析进一步验证了此方法的正确性。     

切削时的残余应力对关节轴承性能的影响研究

关节轴承具有其他类型轴承无法替代的作用,广泛应用于航空、航天等领域。但是在加工自润滑关节轴承零部件时,已加工表面会有残余应力存在,而残余应力又是影响关节轴承使用寿命和使用性能的关键因素。因此,研究残余应力对关节轴承性能的影响很有必要。在分析关节轴承切削加工前后摩擦力矩变化的基础上,对关节轴承残余应力的产生原因进行分析,并对关节轴承残余应力进行试验。测试结果表明:关节轴承在加工过程中会产生残余应力和变形,影响关节轴承的一致性和稳定性。     

预应力干磨削加工40Cr工件表面微结构损伤

表面残余应力、表面烧伤、磨削裂纹等表面微结构损伤是评价零件表面质量的重要指标,直接影响零件的使用寿命,严重时造成零件失效。为研究预应力干磨削加工零件表面微结构损伤特征及规律,以40Cr材料为载体,开展预应力磨削加工试验研究,检测残余应力、硬度,并采用SEM、EDS等方法分析表面层形貌和化学成分。结果表明,试件加工表面存在淬硬现象,预应力对工件表层残余应力有较好的抑制作用,表层残余拉应力随磨削深度增大而增大,随预应力增大而减小。磨削深度对熔融涂覆及表面微裂纹损伤影响程度较大,磨削烧伤表面形成氧化膜会影响零件使用性能。预拉应力通过改变残余应力状态而对表面磨削微裂纹损伤起到抑制作用。     

Ti6Al4V零件铣削加工表面等效残余应力与作用深度的测量及其有限元分析

金属零件在切削加工后,其被加工表面会形成一残余应力层,其所引起零件的变形是影响精密弱刚性零件精度的重要的因素。为了预测Ti6Al4V零件因铣削加工表面残余应力而引起的变形,本文介绍一种测量表面等效残余应力及其作用深度的方法而达到此目的。通过对被加工面的对面进行两次腐蚀去除材料的操作使得零件的厚度和中性层的位置发生变化,测量此过程中零件挠度和表面应变的变化,进而计算得铣削加工引起的零件表面等效残余应力及其作用深度值。通过有限元分析验证该方法得到的结果,发现有限元计算得到的零件挠度和应变的变化与实际测量值非常吻合,因此可以断定该方法得到的结果是正确的,其可以正确评估铣削加工引起的表面残余应力性质和大小并能准确预测零件铣削加工后因表面残余应力而引起的工件的变形量,从而可以预测零件是否满足精度要求。     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

分段退焊对角接接头焊接残余应力及变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以Abaqus软件为平台进行角接接头焊后残余应力及变形的分析,采用分段移动热源模型并利用Fortran语言开发热源子程序,分别采用直通焊和分段退焊两种方式进行角接接头焊接温度场、残余应力及变形的数值模拟分析。结果表明:横向变形是角接接头最主要的变形;角接接头焊接在焊缝端口处的残余应力为压应力,而在中间部位的残余应力为拉应力;分段退焊对横向残余应力的减弱作用较为明显,可以有效降低焊接后的变形及其应力。     

Influence of pre-plastic deformation on thermal residual stress and yield st rength of SiCw/Al composites

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＤｕｅｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｍａｔｒｉｘｉｎＳｉＣｗ/Ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ,ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｓｎｏｔａｖｏｉｄｅｄｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｃｈａｎｇｅｄ[1,2].Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｃａｎｌａｒｇｅｌｙａｆｆｅｃｔｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ,ｓ…     

Themo-elasto-viscoplastic modelling of friction stir welding

Abstract

A coupled two-dimensional Eulerian thermo-elasto-viscoplastic model has been developed for modelling the friction stir welding process. First, a coupled thermo-viscoplastic analysis is performed to determine the temperature distribution in the full domain and the incompressible material flow around the spinning tool. Next, an elasto-viscoplastic analysis is performed outside the viscoplastic region to compute the residual stress. Both frictional heat and plastic deformation heat generation are considered in the model. Furthermore, this is the only known model computing residual stress accounting for plasticity caused by both thermal expansion and mechanical deformation due to material spinning. The computed residual stress is verified by comparing to experimentally measured data.     

7050铝合金残余应力冷变形消减工艺仿真研究

实测了7050铝合金热物性参数得到了高温应力-应变曲线及淬火过程温度变化曲线,构建了7050铝合金热处理和冷变形工艺仿真模型,分析了7050铝合金试块固溶淬火、冷压过程的应力变化。结果表明:残余应力累积主要产生在固溶淬火阶段,淬火后残余应力为外压内拉状态。随着淬火温度的降低,试块心部拉应力有所提高。单向压缩后,心部的三向拉应力可转变为三向压应力状态。卸载对冷变形的效果有明显影响。综合考虑,3%左右的预变形量可以保证卸载后仍然保持有效的应力消减效果。     

Three-dimensional finite element analysis of thermal stress in single-pass multi-layer weld-based rapid prototyping

The complex thermal stress and residual stress distributions in the weld-based rapid prototyping process could cause large deformation and even cracking. In this paper, the thermal stress evolution, and the residual stress distribution in a single-pass multi-layer weld-based rapid prototyping are examined, and the effect of depositing directions on the residual stress and residual strain is studied by numerical simulation, after experimental verifications of the finite element model. The results show that the predicted residual stress variation trends are generally in agreement with the experimental results. The deposition of the last layer dominated the residual stress of whole component. This is due to the stress release effect of the rear layers on the fore layers. Besides, depositing directions have significant influence on the residual stress and equivalent plastic strain distributions of components, where the deposition in the reverse direction acquires the better result.     

随焊加载冷源或位移控制载荷的无应力焊接方法

应用一维杆模型论证了随焊加载冷源或位移控制载荷实现无应力焊接的原理. 应用数值模拟探讨了其实现方式，对7种加载方案下杆件中心点应力、塑性应变等物理量的时程分布进行了数值模拟对比研究，认为任意时刻外加位移控制载荷产生的机械应变和热输入满足一定条件时焊后残余应力为零. 随焊降低残余应力的工艺在焊件局部区域产生的变形速率与该局部区域的热膨胀或收缩变形量速率大小相同时，降低残余应力的效果达到最优. 应用模型导出的原理对焊前预拉伸、焊前温差拉伸、动态温差拉伸、低应力无变形焊接(LSND)等工艺的原理和参数设置依据进行了讨论. 结果表明，使焊件内部在冷却时产生足够大的拉伸塑性应变，是降低焊接残余应力的有效途径.     

沟槽蒙皮结构激光焊接应力和变形的数值模拟

利用有限元分析软件MARC对"沟槽-蒙皮"结构的激光焊接过程进行三维数值模拟,涉及了激光焊接复合热源模型的确定,热力学边界条件的简化,数值模拟温度场的验证,以及残余变形和应力分布结果的分析和讨论.研究了结构上规则排列的多道焊缝的施焊顺序对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,不同焊接顺序所产生的变形态相同,变形量有区别,而残余应力的分布则不同,以由外向中的对称顺序进行焊接时,结构的焊后残余变形最小,残余应力的分布比较均匀,峰值最小.