用于铝合金焊接数值模拟的高斯热源参数确定

高斯热源模型适用于焊接电弧冲击力较小的温度场数值模拟,如何有效确定高斯热源半径参数对于保证焊接模拟计算精度至关重要。在分析焊接瞬态温度场控制方程及边界条件的基础上,建立了2024铝合金焊接温度场有限元数值分析模型,选用高斯移动热源进行加载,计算与分析了高斯热源电弧有效加热半径对焊接温度场计算结果的影响,与红外线热成像仪实验得到的温度场结果进行对比并修正热源模型参数,确定了2024铝合金在给定焊接参数下的高斯热源有效加热半径值,为进一步准确、有效地研究焊接温度场、应力场分布规律提供参考数据。     

大规格7050铝合金圆锭熔铸工艺参数优化的数值模拟

采用某铝业公司提供的铸造工艺参数,基于温度场、应力场和流场三场的耦合系统研究了铸造工艺参数设置对熔铸过程的影响。结果显示,铸造速度对应力场影响非常大,而铸造温度、水流量对应力场的影响则不太明显。针对800 mm铸锭热裂问题,通过数值模拟对原工艺参数进行了优化。     

不锈钢薄板等离子电弧加热柔性成形试验研究

介绍了等离子电弧加热金属薄板柔性成形的特点,分析了等离子电弧柔性成形的机理.通过实验,得出了扫描次数、电弧电流、扫描速度、电弧高度、薄板厚度等参数对弯曲变形的影响规律.该规律对于提高弯曲效率、改善表面质量具有一定的指导意义.     

大面积聚晶金刚石复合片电火花加工温度场及应力场的数值模拟

在研究电火花加工机理的基础上,基于有限元原理,建立了电火花连续脉冲放电磨削聚晶金刚石复合片时的物理模型,对磨削过程工件表面的温度场、应力场分布及工件材料的变形规律进行了模拟分析.研究了脉冲宽度及峰值电流对温度场、应力场分布及复合片变形量的影响规律.结果表明,有限元法是分析大面积聚晶金刚石复合片电火花磨削过程中温度场、应力场及变形的一种有效方法,其计算结果可用来指导制定合理的加工工艺参数以提高加工质量和加工效率.     

基于ANSYS的多点式中频感应淬火温度场有限元模拟

研究了用多个淬火感应器对半径较大的回转体表面进行中频感应淬火的作用机理,针对较大半径的回转体表面的多点式感应淬火工艺进行参数设计,建立了多点式感应淬火过程的电磁场和温度场的非线性偏微分方程组。利用有限元分析ANSYS软件来模拟多点式中频感应加热过程,其中对激励电流用表格法加载来近似地替代实际旋转工件周期性的感应淬火,从而得到了工件温度场随时间的变化规律以及最终工件的温度场分布。结果表明,多点式中频感应淬火改善了较大半径的回转体的凹槽表面淬火过程,可以达到对感应淬火工件淬硬层的要求,解决了由于不同时感应淬火所导致的软带问题。     

自保护药芯焊丝激光—电弧复合热源焊接电弧稳定性的分析

以自保护药芯焊丝（414N-O）为研究对象,借助电弧分析仪和高速摄像,对不同工艺参数下激光—电弧复合热源焊接电弧稳定性进行了试验研究.结果表明,复合热源焊接过程中,激光的加入明显的减小了自保护药芯焊丝电弧作用点漂移概率,拉长了电弧空间,降低了熔滴短路过渡概率,提高了电弧稳定性;工艺参数中,光丝间距和送丝速度对平均焊接电流影响显著;电弧电压和送丝速度对平均焊接电流变异系数影响显著;激光功率对平均焊接电流的影响幅度与光丝间距和送丝速度有关,光丝间距和送丝速度越大,激光功率对平均焊接电流的影响越小;电弧电压对平均焊接电流的影响幅度与光丝间距有关,光丝间距D_LA=0 mm时,影响最显著;激光前置比激光后置更有利于平均焊接电流变异系的稳定.     

基于Abaqus的正交切削仿真的有限元分析

介绍了正交切削仿真中的应力场和温度场的分布,利用非线性分析软件ABAQUS,通过Johnson-cook热-力耦合的方法模拟微细切削铝合金A2024-T351的温度场和应力场。经过分析得出在对工件进行微细切削时存在尺度效应的背吃刀量区间为0.5R~R(R为刀具切削刃钝圆半径),并得到了工件在微细切削中的温度场和应力场分布,仿真结果对微细加工过程中的切削参数的选择及研究方法提供了参考。     

点焊规范参数对AZ31镁合金熔核尺寸影响的数值模拟

采用有限元分析软件Ansys对1.2 mm厚度的AZ31镁合金工件点焊过程温度场进行了模拟。依次改变焊接电流、加热时间及电极压力,优选出该厚度的AZ31镁合金工件点焊的规范参数,并通过试验加以验证。结果表明,随着焊接电流和加热时间的增加,熔核直径和焊透率逐渐增大;提高电极压力,会使熔核直径和焊透率减小。     

电弧气刨对板材初始应力场的影响

根据电弧气刨的特点,用有限元的方法分析了电弧气刨对10Ni5CrMoV钢板材应力场的影响规律,并进行了试验验证,模拟结果和试验结果吻合良好.在此基础之上,进一步分析了电弧气刨应力场规律及其对初始应力场的影响机理.结果表明,电弧气刨稳态应力场和平板对接焊稳态应力场相似,在靠近坡口处为拉应力状态,在到达峰值后残余拉应力逐渐变小,并且纵向残余应力变为压应力,而横向残余应力趋近于0应力状态.电弧气刨对于板材应力场影响包含两个方面:(1)材料的去除释放板材坡口处的初始应力;(2)电弧的热作用导致坡口处产生较大的残余拉应力,电弧的热作用对应力场的影响更为强烈.     

钽薄板TIG焊接电弧形态的研究

通过高速摄像方法研究了钽薄板TIG焊接过程中，保护气体及工艺参数不同时电弧形态的变化规律及其对焊接质量的影响。结果表明：保护气体不同时，电弧形态明显不同。采用TIG焊焊接钽板时使用氦弧能得到更好的焊接质量；当弧长不变，增加焊接电流时，电弧有效作用范围变犬，电弧温度及能量密度高。熔池增大速度较快；当焊接电流不变，弧长增加时，电弧有效加热半径变大，但由于弧长增加而引起电孤热能分散。熔池增长速度较慢，热影响区范围增大。焊接工艺参数的变化时电弧形态的影响规律，对制定钽薄板TIG焊接过程中较为合理的工艺参数具有重要意义。     

300 M超高强钢车削加工表面质量

目的研究切削参数对300M超高强度钢加工表面质量的影响。方法选用硬质合金刀具车削加工300M超高强度钢,研究切削参数对表面加工硬化、残余应力及表面粗糙度的影响。通过HXD-1000显微硬度检测仪、X-350A型X射线应力测试系统、TR240表面粗糙度测量仪对实验过程进行检测分析。通过单因素试验研究影响表面粗糙度的主次因素,并通过正交试验,以进给量f、切削速度v、刀尖圆弧半径rε、背吃刀量a_p为变量建立表面粗糙度的预测模型。结果背吃刀量a_p=0.2 mm,切削速度v为60~120 m/min,进给量f为0.1~0.25 mm/r时,300M钢经切削加工后,维氏硬度在467~550HV范围内变化。切削速度从60 m/min增大至200 m/min时,表面残余应力从压应力-59.13 MPa变为拉应力257.33 MPa,次表层残余应力的最大残余压应力从-147.46 MPa增大到-422.65 MPa,并且层深至50μm左右处,工件材料的加工变质层结束。结论表面硬度随着进给量和切削速度的增大而减小,并且越往里层,硬度越低,直至达到基体的硬度。影响表面粗糙度的最主要因素为进给量,其次是刀尖圆弧半径,再次为切削速度,背吃刀量对表面粗糙度的影响最小。建立的表面粗糙度预测模型通过了试验验证,具有很高的加工精度。     

30CrMnSiNi2A钢轴类零件感应热处理的数值模拟

利用Comsol软件对30CrMnSiNi2A钢的感应回火进行了模拟,利用控制变量法研究了感应加热过程中电源频率、电流以及线圈的结构和尺寸参数对工件内部温度均匀性的影响。结果表明,电流强度和电源频率越大,工件在感应加热过程中的升温速率越大,最终平衡温度越高,但其径向/轴向温差越大。线圈的匝数越多,工件的升温速率和径向/轴向温差越大,最终平衡温度越高。线圈半径的变化仅会对工件端部的升温速率产生影响,线圈半径越小,工件端部的升温速率越快,轴向温差越小。线圈截面外径和壁厚的变化对工件感应加热过程中的温度场没有影响。根据模拟结果的对比分析,提出了一种采用分段加热法与增设导磁体相结合的方法,对感应回火系统进行了优化。通过优化设计可使工件在感应加热过程中的径向温差基本消除,使轴向温差小于10℃。     

H13淬硬模具钢正交切削的有限元模拟与分析

高速切削加工涉及到材料非线性、几何非线性及边界非线性问题.运用大型通用非线性有限元软件对H13淬硬模具钢正交切削加工过程进行非线性弹塑性有限元分析与模拟,研究了不同切削速度、进给量、刀尖半径等工艺参数对加工过程中切屑形状、应力分布、温度分布及工件表面精度的影响.研究结果表明,选取合理的工艺参数能提高工件表面精度和减少刀具的磨损.将模拟结果与实验结果进行比较,两者吻合较好,对实际加工具有一定的指导意义.     

钢板连续移动感应淬火温度场数值模拟及实验研究

目的 通过数值模拟，研究电源频率、电流密度、钢板移动速度对感应淬火过程中钢板温度场的影响规律，为实际应用中的参数选取提供参考。方法 利用ANSYS APDL语言建立钢板连续移动感应淬火过程的有限元计算模型，对不同工艺参数下的钢板温度场进行数值模拟。以优化后的工艺参数对20 mm厚的40Cr钢板进行感应淬火实验，利用热电偶对钢板关键点温度进行测量，通过金相显微镜和显微硬度计对淬火后的钢板进行微观组织和硬度分析。结果 钢板关键点温度计算结果与测量结果的最大误差率约为4%，表明该模型具有较高的计算精度。不同工艺参数下钢板温度场的分析结果表明：电源频率越高，电流密度越大，则加热速度越快，且随着电源频率的升高，高温区深度先增大后减小；而电流密度越大，钢板移动速度越慢，则高温区深度越大。钢板淬火后，其厚度方向上的微观组织基本上分为三个区：相变硬化区、热影响过渡区和未相变区。相变硬化区组织为细小的针状马氏体，最高硬度达700HV，淬硬层深度约6 mm；热影响过渡区中马氏体逐渐减少；未相变区仍保持原始珠光体和铁素体组织。结论 模拟计算结果与实验结果基本吻合，可用来指导实际应用中的参数选取。     

Realisation of grinding-hardening in workpieces of curved surfaces—Part 1: Plunge cylindrical grinding

This paper investigates the feasibility to achieve grinding-hardening in a plunge cylindrical grinding process. To understand the mechanisms, a temperature-dependent finite element heat transfer model incorporating a triangular moving heat source was developed to describe the temperature field, thus to predict the thickness of the grinding-hardened layer. The analysis carried out included the variation effect of depth of cut caused by the change in wheel-workpiece engagement. The model was applied on quenchable steel 1045 and the analysis was verified experimentally. It was shown that the heating cycle in plunge cylindrical grinding is the result of consecutive heating and cooling processes, varying from location to location in a workpiece. The ratio of the workpiece speed to the infeed rate plays an important role in the heat treatment cycle.     

Experimental and numerical modelling of the residual stresses induced in orthogonal cutting of AISI 316L steel

Residual stresses in the machined surface layers are affected by the cutting tool, work material, cutting regime parameters (cutting speed, feed and depth of cut) and contact conditions at the tool/chip and tool/workpiece interfaces. In this paper, the effects of tool geometry, tool coating and cutting regime parameters on residual stress distribution in the machined surface and subsurface of AISI 316L steel are experimentally and numerically investigated. In the former case, the X-ray diffraction technique is applied, while in the latter an elastic–viscoplastic FEM formulation is implemented. The results show that residual stresses increase with most of the cutting parameters, including cutting speed, uncut chip thickness and tool cutting edge radius. However, from the range of cutting parameters investigated, uncut chip thickness seems to be the parameter that has the strongest influence on residual stresses. The results also show that sequential cuts tend to increase superficial residual stresses.     

单脉冲气中电火花线切割电蚀坑形貌仿真分析

为研究气中电火花线切割加工机制,建立Cr12Mo V模具钢温度场的数学模型。基于ABAQUS软件对单脉冲放电过程中Cr12Mo V模具钢的温度场进行仿真分析,得出Cr12Mo V模具钢的温度场分布规律,测量出不同峰值电流和脉冲宽度下工件表面电蚀坑的半径和深度并进行了修正,进而计算出电蚀坑的体积。获得了单脉冲放电后工件表面电蚀坑半径、深度、体积以及深径比随峰值电流与脉冲宽度的变化规律,进而预测出电火花线切割加工效率与工件的表面质量。     

钛合金筒形件真空热胀形壁厚效应的数值模拟

建立了钛合金筒形件真空热胀形的二维非线性热力耦合有限元模型。使用有限元软件MSC-Marc对钛合金简形件真空热胀形过程进行数值模拟。计算了钛合金筒形件真空热胀形过程的温度场和变形场，并进行了相应的实验验证。模拟结果与实验结果吻合较好。用建立的模型对真空热胀形过程中钛合金筒形件壁厚效应进行数值模拟，讨论了一定工艺条件下钛合金筒形件壁厚与弯曲角度、胀形量和残余应力之间的关系，为实际生产中制定和优化钛合金筒形件真空热胀形工艺参数提供理论与实践依据。     

钛合金铣削加工表面残余应力有限元仿真

为了分析铣削工艺参数对钛合金已加工表面残余应力的影响,根据金属切削有限元分析的相关理论,以钛合金Ti6Al4V为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。采用正交试验设计法对钛合金Ti6Al4V铣削仿真的工艺参数进行优化,并用极差法分析不同的铣削速度、铣削深度、铣削路径对钛合金Ti6Al4V工已加工表面残余应力的影响。研究表明:在钛合金Ti6Al4V铣削过程中,对工件已加工表面残余应力影响因素由小到大依次为:铣削深度<铣削路径<铣削速度,切削深度对已加工表面残余应力影响较小,铣削速度对已加工表面残余应力影响最大;在研究范围内,随着铣削速度的增大,已加工表面残余应力逐渐增加。     

Mechanics of high speed cutting with curvilinear edge tools

High speed cutting is advantageous due to the reduced forces and power, increased energy savings, and overall improved productivity for discrete-part metal manufacturing. However, tool edge geometry and combined cutting conditions highly affects the performance of high speed cutting. In this study, mechanics of cutting with curvilinear (round and oval-like) edge preparation tools in the presence of dead metal zone has been presented to investigate the effects of edge geometry and cutting conditions on the friction and resultant tool temperatures. An analytical slip-line field model is utilized to study the cutting mechanics and friction at the tool-chip and tool–workpiece interfaces in the presence of the dead metal zone in machining with negative rake curvilinear PCBN tools. Inserts with six different edge designs, including a chamfered edge, are tested with a set of orthogonal cutting experiments on AISI 4340 steel. Friction conditions in each different edge design are identified by utilizing the forces and chip geometries measured. Finite-element simulations are conducted using the friction conditions identified and process predictions are compared with experiments. Analyses of temperature, strain, and stress fields are utilized in understanding the mechanics of machining with curvilinear tools.