铝合金超声喷丸残余应力场

为定量探索喷丸工艺参数对超声喷丸后材料表层残余应力场分布和硬化程度的影响规律,采用X射线衍射法研究了撞针式超声喷丸后7055-T7751铝合金表层残余应力和半高宽的分布情况。结果表明:超声喷丸残余应力场分布深度(Zo)、最大残余压应力值(σmrs)及其深度(Zm)在一定范围内随冲击振幅(f)和撞针直径(d)的增加而增大。最佳工艺参数有两组,分别为2mm直径撞针和80%冲击振幅、3mm直径撞针和70%冲击振幅,两者使最大残余压应力分布深度提高1.31倍以上,且使材料冷作硬化层深度提高0.7mm以上,并分别将最大残余压应力值提高到喷丸前的6.8倍和8.14倍。分析认为,超声喷丸对优化材料表面残余压应力场方面效果显著,适当强度的超声喷丸能够有效提高材料疲劳极限、表面冷作硬化程度。     

超声波喷丸技术在大型零件变形校正中的应用

超声波喷丸技术是一项喷丸新技术,因操作简便、易控制、成形后的材料综合性能好且无污染,在大型航空企业得到广泛应用。本文结合超声波喷丸设备,介绍了超声波喷丸成形原理、特点及参数。通过喷丸试验,分析了喷丸时间和振幅两个参数对成形质量的影响。以某蒙皮壁板和框类零件为例,运用Wheelabrator便携式超声波喷丸设备对该零件的校形进行了验证。实践证明,超声波喷丸技术对蒙皮壁板和框类零件的校形效果较好。     

基于正交实验和数据驱动的喷丸表面完整性参数预测

目的 探究喷丸工艺参数对18CrNiMo7-6滚子表面完整性的影响规律,得到喷丸工艺参数与表面完整性的映射关系,提高喷丸工艺的质量与效率.方法 运用Python语言对Abaqus进行二次开发,建立喷丸仿真的随机多弹丸模型并进行了试验验证.设计正交实验研究喷射角度、喷射速度、弹丸直径、覆盖率及弹丸类型对残余应力与表面粗糙度的影响规律,并用随机森林算法得到各个工艺参数对喷丸综合效果的重要度值.以喷射角度、喷射速度、弹丸直径、覆盖率、弹丸类型、距表面深度为输入,残余应力和表面粗糙度为输出,建立基于神经网络的喷丸表面完整性参数预测模型.结果 通过正交实验分析得到弹丸直径和喷射速度对表面粗糙度有显著影响.各个喷丸工艺参数对18CrNiMo7-6滚子的喷丸综合效果的重要度依次为:喷射角度0.249,喷射速度0.224,弹丸类型0.193,覆盖率0.173,弹丸直径0.161.在各个工艺参数范围内,较优的工艺参数组合为:喷射角度90°,喷射速度80 m/s,弹丸直径0.7 mm,覆盖率300％,弹丸材料为铸钢丸.基于神经网络的喷丸表面完整性参数预测模型的平均相对误差低于7％.结论 基于神经网络的喷丸表面完整性参数预测模型可以较准确地表示喷丸工艺参数与表面完整性参数之间的映射关系,能够为喷丸工艺提供相关参考.     

轨道交通储能系统用锂离子电容器焊接工艺试验

为提高锂离子电容器产品良品率,改善产品一致性,文中采用正交试验方法研究了25层0.18 mm厚铜箔和0.2 mm的镀镍铜极耳超声波焊接参数,通过方差分析得出对接头质量影响的顺序依次为焊接能量、焊接振幅、焊接压力;采用回归分析方法建立了焊接拉力与焊接参数之间的模型,并通过重复试验验证了模型的可靠性。最后采用微观分析的方法分析了焊缝强度与焊缝微观形貌之间的关系。试验结果表明:最佳焊接参数为能量850 J,振幅50μm,压力0.38 MPa时,对应的接头拉力为707 N。     

基于有限元仿真的带孔板超声波喷丸成形工艺

为探究飞机壁板带孔部位在喷丸成形时产生的孔区异形,应力集中等问题,文中利用有限元方法对2024铝合金带孔板喷丸后孔区域变形情况进行研究,分析了喷丸区域离孔的距离(孔边距L)对孔变形程度的影响;讨论了板料厚度,喷丸速度,喷丸覆盖率等喷丸工艺参数对带孔板孔变形程度的影响规律;绘制了孔异形程度B1%和B2%两种情况下不同喷丸参数时应采取的最小孔边距曲线。结果表明:孔边距过小时(0≤L1mm)孔异性程度最大,应力集中明显;板料厚度可以有效的减小孔异形程度,板厚大于6mm时孔异形程度基本小于1%;当孔异形程度一定时,喷丸速度和喷丸覆盖率越大,就需采用更大的孔边距,覆盖率F140%时,孔边距需增加到17mm以上才能使孔异形程度降低到1%以下。     

旋转轴式超声波焊接工艺参数测量及分析

通过正交试验方法研究了旋转轴式超声波焊接工艺参数。运用仪器测量各焊接工艺参数的水平值，并以无纺布焊接花纹的结合力大小为焊接质量指标。采用极差法和方差法，分析了各焊接工艺参数对焊接质量的影响并获得最优焊接工艺参数。结果表明，焊接振幅对无纺布焊接花纹的结合质量影响最显著，最优焊接工艺参数为旋转轴旋转速度31.85 r/min、焊接压力0.3 MPa、焊接振幅48 μm。     

基于RBF人工神经网络的喷丸成形工艺参数预测方法

提出一种采用RBF（Radial Basis Function,径向基函数）人工神经网络方法近似建立薄壁金属零件喷丸变形效果与喷丸工艺参数之间的非线性不可逆关系,以预测喷丸成形所需工艺参数。根据成形试验中喷丸成形工艺参数影响喷丸成形效果的规律性分析,建立了预测喷丸成形工艺参数的RBF人工神经网络模型。选取一定的喷丸成形试验数据为样本,利用交替梯度算法对所建立的网络进行训练。利用训练后的RBF网络对试验数据进行预测,预测结果数据与实际数据之间的最大误差为4．36％,能够有效预测所需的成形工艺参数。通过与BP网络进行比较表明：基于RBF人工神经网络的喷丸成形工艺参数预测方法训练时间短、预测精度高、稳定性好。     

能量输入对TC4钛合金超声喷丸力学影响的仿真研究

目的 探究超声喷丸强化中影响目标强化区域冲击力分布的主要因素,验证通过改变工艺参数控制零件目标区域强化的可行性。方法 构建TC4钛合金超声喷丸强化的有限元模型,分别建立了聚合型和圆柱型两种腔室模型,以研究超声喷丸中不同腔室能量分布对冲击力分布的影响。通过改变振动头的振幅大小控制超声喷丸中能量输入,以研究能量输入大小对冲击力分布的影响。结果 针对两种腔室模型分别进行了60、80、100 μm振幅下的超声喷丸仿真。随着能量输入的增大,零件表面的冲击力大小和分布面积均有所增大。针对圆柱型腔室,进行三种能量输入下的超声喷丸试验,得到喷丸覆盖率分别为10.23%、31.23%、56.98%,验证了超声喷丸能量输入对冲击力的影响规律。在相同输入能量下,聚合型腔室对试件中部目标区域的强化效果更明显。结论 通过改变超声喷丸腔室形状和振动头振幅,可以控制零件目标区域的强化范围和强度。     

基于BBD实验方法的铝合金喷丸工艺预测模型及应用

研究了喷丸强化工艺对7075铝合金工件表面性能的影响,获得了材料表面应力、硬度特征和喷丸工艺参数之间的对应关系。通过Box-Behnken design(BBD)方法设计喷丸实验,研究了颗粒尺寸、空气压力、喷丸时间和距离等4个喷丸工艺参数对试样表面性能的影响,采用X射线衍射分析仪与表面显微硬度仪分析了试样表面硬度与应力的分布规律。在对喷丸处理数据进行归纳分析后,构建了喷丸工艺下表面应力与硬度的预测函数,该函数在给定的预期应力与硬度值前提下,可获得喷丸工艺参数组,以此进行实验和计算结果对比,并最后验证预测函数的可靠性。预测函数与实验结果对比表明:在给定一个预期-304 MPa表面应力时,函数给出了10组工艺参数,挑选出硬度期望值为211 HV0.5的那组工艺确定为目标工艺参数组,照此喷丸实验后,对3组试样的应力和硬度进行测量显示,实验与期望值偏差小于6%,说明函数预测与实验结果一致性较好。     

基于均匀设计的喷丸指标响应面模型建立及应用

针对2024-T351铝合金试验件,利用直径Φ3. 18 mm大尺寸弹丸,选取喷丸气压、进给速度及弹丸流量3个重要喷丸工艺参数,通过设计均匀试验并运用MATLAB软件对喷丸试验结果进行逐步回归分析,建立弹坑直径、弹丸速度和覆盖率3项喷丸指标与喷丸工艺参数间的二阶响应面模型。利用该模型并结合多弹丸撞击有限元模型获得相应喷丸工艺参数下的平均诱导应力场,从而实现喷丸成形应力场法数值模拟。模拟变形结果与试验变形结果对比表明模拟值均小于相应试验值,最大误差14. 8%,平均误差9%,二者符合较好,表明基于喷丸指标响应面模型的应力场法数值模拟方法完全可以应用于喷丸成形数值模拟分析。     

1Cr12Ni3Mo2VN钢高频淬火过渡区的喷丸强化和残余应力

采用不同的喷丸工艺,分析了喷丸强度对1Cr12Ni3Mo2VN钢局部高频淬火试样的表面质量与残余应力沿层深变化的影响.研究表明,喷丸一方面在试样表层形成了有益的残余压应力场,另一方面增大了试样表面的粗糙度,喷丸应综合考虑两者的影响;对于试验所用的材料和热处理状态,喷丸强度为0.5A的喷丸工艺优于喷丸强度为0.4A和0.6A的喷丸工艺.     

15-5PH材料结构件喷丸质量研究

15-5PH材料结构件表面喷丸强化后存在粗糙度超差、色差和尖角部位塌边等问题,通过分析和试验验证,零件喷丸后的粗糙度跟喷丸强度没有直接关系,而跟影响喷丸强度的参数,包括空气压力、丸流量、喷枪角度有直接关系。喷丸后粗糙度会随着空气压力的降低而降低,随着丸流量的降低而升高,且喷丸角度为90¦时,喷丸后粗糙度最佳。色差及塌边问题的改善,需要在工装设计时,保证喷丸面完全暴露,避免喷丸面多次重复装夹,从而产生重叠区的情况,同时工艺参数设定方面,零件尖边位置,应选用小的喷丸强度,从而减小丸料束对尖边位置的冲击,在喷丸轨迹设定方面,减少丸料束与尖边位置的接触时间。     

风电法兰摩擦因数预测与表面工艺优化∗

风力发电机法兰承受较大切向载荷,法兰结合面的静摩擦因数直接影响法兰连接性能,目前法兰静摩擦因数预测理论和表面工艺优化的研究较少。 为建立风电法兰结合面静摩擦因数预测模型,探究表面工艺参数对法兰静摩擦因数的影响。 基于分形理论构建法兰结合面静摩擦因数的分形预测模型,并采用摩擦试验对预测模型的准确性进行验证。 设计正交试验来探究表面粗糙度、表面处理工艺、表面涂层多种表面工艺参数对静摩擦因数的影响,建立表面工艺参数与静摩擦因数映射数学模型,基于该数学模型得到产生最大静摩擦因数的工艺组合方案。 研究结果表明:静摩擦预测模型具有较高的准确性, 为法兰精确化设计提供了理论基础。 对正交试验结果进行极差和方差分析得出:表面粗糙度对静摩擦因数影响最小,表面处理工艺次之,表面涂层的影响最大,产生最大静摩擦因数的表面工艺为:表面粗糙度为 Ra 6. 3、表面喷丸处理、涂覆 Paint B 油漆,建立的表面工艺参数与静摩擦因数映射数学模型能够准确获得最优表面工艺参数,缩短了法兰表面工艺设计周期。     

航空弓形结构框喷丸强化变形计算及工艺规范建立

目的研究航空弓形结构框喷丸强化变形的力学理论、有限元模拟的预测方法,建立喷丸强化工艺规范,为国内航空工业中的喷丸工艺提供一定指导。方法首先利用有限元软件ABAQUS进行若干组不同喷丸速度的随机弹丸撞击模拟,创建与喷丸平均速度相关的喷丸诱导应力数据库,在此基础上,进行弓形结构框喷丸强化变形的理论预测和有限元仿真。在ABAQUS环境下开发一个快速模拟不同喷丸参数下弓形结构框喷丸强化变形的插件,实现各种不同类型的弓形结构框的自动前处理以及理论解和仿真解的给出。在以上研究的基础上,发展一套快速确定各类弓形结构框喷丸强化参数的工艺规范。结果针对某型号弓形结构框,在相同的喷丸参数下,理论计算的最大变形量为1.25 mm,有限元计算的最大变形量为1.13 mm,实验结果为1.8mm。结合计算预测和工艺规范,确定了喷丸矫形区域及参数,最终弓形结构框的变形为0.15 mm,满足精度要求,验证了计算预测与规范的有效性。结论分析认为,建立的理论预测方法和有限元方法可以快速准确地预测弓形结构框喷丸强化变形结果。本研究对于国内航空工业中弓形结构框喷丸强化变形的快速仿真以及理论预测具有较大的工程价值。     

喷丸条件对残余应力场的影响规律

采用试验方法研究了喷丸条件对残余挤压应力场的影响规律.试验对不同弹丸尺寸、不同覆盖率所形成的残余应力场采用X射线方法进行测量,结果表明,喷丸条件对残余应力场的深度和水平的影响存在如下规律:弹丸尺寸对残余应力场的深度影响明显,在相同的喷丸气压和喷丸强度下,大弹丸形成的残余应力场较深;弹丸覆盖率对残余应力水平影响明显,相同喷丸气压下,增加喷丸覆盖率则能提高残余应力水平;试件厚度对应力分布无明显影响.     

弯扭复合变形整体壁板喷丸成形工艺研究

为了获得实用的机翼整体壁板喷丸成形工艺数据,建立了喷丸成形板件的弯曲半径、弦向型面波浪度和展向母线直线度与成形工艺参数之间的关系,分析了弹丸速度、喷丸条带间距、试件厚度、施加的预应力等主要工艺参数对具有弯扭复合变形的整体壁板零件喷丸成形的影响规律;针对喷丸成形的球面变形现象,介绍了几种克服这一问题的技术措施,如条带喷丸、预应力喷丸等.研究表明,改变喷丸条带的间距及毛坯板料的厚度对试件弦向型面波浪度及展向母线直线度的影响效果相反;提高弹丸速度将增加喷丸成形的曲率,但在较高转速下提高叶轮转速对增加试件的变形程度影响不大;预应力喷丸成形方式是增加壁板弦向弯曲曲率及改善展向母线直线度的有效措施.     

大尺寸弹丸喷丸成形7B50铝合金材料的变形规律

大尺寸弹丸喷丸成形是一种针对大型整体壁板塑性成形的有效手段。采用正交试验方法对7B50铝合金平板试件开展大尺寸弹丸喷丸成形工艺试验,研究不同工艺参数下喷丸后试件沿弦向和展向曲率半径的变化规律。结果表明:试件在喷丸成形后呈球面凸起变形,且沿弦向的曲率半径小于沿展向的曲率半径;各因素按对曲率半径的影响程度排序依次为喷丸气压>试件厚度>移动速度;曲率半径随着厚度和移动速度的增加而增加,随着喷丸气压的增加而减小;建立了可以反映曲率半径与3个因素之间定量关系的回归方程,可为今后喷丸成形的变形预测提供参考。     

喷丸处理的锆合金残余应力场分布规律

目的通过不同的喷丸处理工艺,探索适用于锆合金包壳管的喷丸处理参数。方法对锆合金包壳管采取9种不同的喷丸处理工艺且编号(1—9号),采用XRD残余应力检测技术,对处理后的包壳管试样分别进行轴向和切向的残余应力场测定。结果未喷丸处理的试样表面轴向、切向残余应力分别为-277 MPa和-250 MPa,最大应力在最外表层。喷丸处理试样表面轴向残余压应力比未喷丸处理的大,只有9号工艺对应的表面轴向残余应力比未喷丸的小,这很有可能是因为喷丸强度过大,在表面形成了微裂纹,残余应力得以释放,所以锆合金包壳管的喷丸强度不宜超过0.40 mm A。对于强度较高的5—9号喷丸工艺,喷丸强度达到0.15 mm A以上,包壳管压应力影响层的厚度均超过460μm,几乎达到了喷丸处理后包壳管的整个壁厚。在相同喷丸强度和相同弹丸直径条件下,玻璃丸的表面压应力和最大压应力与不锈钢丸的相近,不锈钢丸处理的压应力影响层比玻璃丸处理的压应力影响层厚约80μm。结论在相同喷丸强度和相同弹丸材料下,改变弹丸直径对锆合金两个方向上的表面残余应力和最大残余应力的大小影响不大;直径较小的弹丸对应轴向最大残余应力的位置更深,直径较大的弹丸对应切向最大残余应力的位置更深。随着锆合金喷丸强度的增加(没有出现过喷),表面两个方向上的残余应力都增加,两个方向上的最大残余应力也有所增加。     

基于CFD-DEM仿真的喷丸工艺参数优选

目的综合考虑喷丸过程的能量效率,以最少喷打时间和最小比能为目标进行喷丸工艺参数优选。方法通过分析弹丸群以单对称单元模型喷打的弹痕排布方式,以及满足一定覆盖率时平均每个弹丸形成的弹坑面积,得到随机喷打时的材料去除体积,进而得到能量利用效率。以喷丸入口压强、弹丸直径和弹丸流量三个工艺参数为变量,以一定覆盖率下的最小喷丸时间和最大能量利用率为目标,建立喷丸工艺参数优化模型。通过建立CFD-DEM气固两相耦合的喷丸仿真模型,进行仿真实验,得到出口弹丸速度与工艺参数的关系,进而得到每组实验的喷丸时间和能量利用率。结果通过16组仿真实验,得到第4组工艺参数为最优喷丸工艺参数组合,即入口压强为0.5 MPa,弹丸直径为1.0 mm,弹丸流量为0.6 kg/s。结论CFD-DEM仿真模型能够得到出口弹丸速度与其他工艺参数的关系,喷丸工艺参数优化模型能够兼顾效率和能量利用率,并筛选出最优工艺参数组合,为喷丸工艺参数决策提供指导。     

国产7B50铝合金大规格厚板喷丸成形曲率变化规律研究

采用喷丸成形工艺对国产7B50铝合金进行成形工艺研究,通过对平板件和单筋试验件进行不同参数的喷丸成形基础测试,获得曲率半径与喷丸成形工艺参数的对应关系,并在三筋试验件上验证,获得三筋试验件展向最小曲率半径及其对应的弦向曲率半径。结果表明,随着平板厚度和移动速度的增加,平板试验件弦向曲率半径递增;随着气压增大,平板试验件弦向曲率半径递减。不论是自由状态还是预应力状态,随着移动速度增加,单筋试验件展向曲率半径递增。采用预应力方式获得展向最大曲率变化的马鞍形型面,三筋试验件展向最小曲率半径达到37 692 mm,相应的弦向曲率半径为5 385 mm。