轴承套圈表面超声滚挤压加工硬化模型

为了提高轴承表层性能,获得较好的表面硬度,对超声滚挤压加工强化处理后的轴承套圈进行显微硬度测试,研究静压力、工件转速、进给量3个主要加工参数对轴承试样表面层硬度、硬化层深度的影响规律,建立了超声滚挤压轴承套圈表面加工硬化回归模型,并验证了模型的准确性。研究结果表明,轴承套圈表面硬化层深度可达250μm,表面硬度随静压力的增大而增大,随进给量的增大而减小,随转速的增大先增大后减小;其中静压力对硬度和硬化层深度的影响最大,进给量次之,转速影响相对较小;使用所建立的表面硬度模型进行预测的结果与试验结果最大误差为1. 29%,说明该模型可用于不同工艺参数下轴承套圈表面硬度的预测和优化。     

超声滚挤压轴承套圈的表层性能预测模型建立及工艺参数优化

采用超声滚挤压技术对轴承套圈进行表面强化,为了提高其表层性能,实现对工艺参数的优化控制,以轴承套圈材料42CrMo钢为研究对象,通过超声滚挤压正交试验,建立了轴承套圈表层性能与加工参数(主轴转速、进给速度、振幅和静压力)之间的径向基(RBF)神经网络预测模型,并采用方差分析法和田口算法分析了工艺参数对表层性能(表面粗糙度、残余应力和硬度)影响的显著性,获取了表层性能的3组最优工艺参数组合,并利用试验和预测模型对最优参数组合进行了验证。结果表明:最优参数组合比正交试验结果中的最大残余压应力和硬度分别增加了0.59%和4.09%,比正交试验结果中的最小表面粗糙度减小了12.9%。     

风电轴承套圈超声滚压强化残余应力形成规律分析

为提高风电轴承套圈的疲劳强度,以风电轴承套圈为研究对象,选取超声滚压强化的静压力、振幅、工件转速和进给速度为主要工艺参数,进行风电轴承套圈的超声滚压强化试验研究。分析了不同工艺参数强化后的表面残余应力变化规律。结果表明:静压力对超声滚压强化表面残余应力值影响最大,较大的振幅对静压力作用效果有显著增强,工件转速与进给速度对残余应力值的影响具有一定交互关系,且一定范围内低转速高进给速度能预置更大的残余应力。所建立的响应面模型拟合度可达94. 84%,单因素最大相对误差6. 88%,可作为强化后风电轴承套圈表面残余应力控制的参考。     

基于MOABC算法的超声滚挤压轴承套圈工艺参数优化

为找到超声滚挤压轴承套圈时加工参数的优化控制范围，通过设计正交试验，分析了加工参数对轴承套圈各表层性能的影响规律。建立了指数回归和二阶响应回归方程的预测模型，并验证了其准确性。通过MOABC算法对预测模型进行优化，得到最优的加工参数域及表层性能参数域。结果表明，加工参数对表面粗糙度的影响为转速>静压力>进给速度>振幅；对残余压应力影响的显著性为振幅>转速>静压力>进给速度；对硬度影响的显著性为振幅>静压力>进给速度>转速。通过试验值与预测值的对比，指数回归预测模型的误差均小于二阶响应回归。最后得到最优加工参数域：转速[280,350] r·min^-1、进给速度[14,20] mm·min^-1、振幅[20,25]μm、静压力[470,600] N;最优表层性能参数域：表面粗糙度[0.486,0.548]μm、残余压应力[910,1025] MPa、硬度[711,717] HV。     

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。     

齿轮齿面超声挤压强化有限元模拟

超声挤压强化可有效改善零件的表面质量,对齿轮进行超声强化可有效提高其传动的疲劳寿命和可靠性能。采用有限元分析法研究超声挤压强化过程中不同工艺参数对齿轮表面残余应力的影响规律。首先建立了齿轮超声挤压强化的三维有限元模型,然后基于该模型研究了静压力、进给速度、振幅对齿轮超声挤压后表面残余应力的影响规律。结果表明:超声强化后,齿轮表面残余应力约为360 MPa,静压力和工具头进给速度对强化后的残余应力分布影响较大,随着静压力增加,齿面最大残余应力和残余应力深度增大;随着工具头进给速度增加,表面最大残余应力和残余应力深度降低;而不同的振幅对齿面的残余应力影响差别不大。     

7050铝合金二维超声滚压加工残余应力场研究

目的研究二维超声滚压后7050铝合金残余应力场的形成过程和表层残余应力的分布规律。方法利用有限元软件模拟二维超声滚压加工,分析残余应力场的形成过程及表层残余应力的分布规律;采用正交试验方法进行7050铝合金二维超声滚压加工试验,研究工艺参数对表面残余应力的影响规律,并与有限元分析结果相对比,验证有限元模拟的合理性。结果在二维超声滚压加工过程中,7050铝合金表层材料应力随时间先减小后增大,最后趋于稳定,形成残余应力。残余压应力沿滚压深度方向先增大后减小,再转化为残余拉应力。残余压应力层厚度约为1.05 mm,最大残余压应力值约为285 MPa。在相同的工艺参数下,有限元分析结果与试验结果基本吻合。静压力对表面残余应力的形成影响最大,表面残余压应力随静压力的增大而增大。结论二维超声滚压加工使7050铝合金表面发生剧烈的塑性变形,并形成一定深度的残余压应力。铝合金表面残余压应力随静压力的增大而增大,而与转速和进给量无关。     

超声滚挤压轴承套圈表面粗糙度数学模型对比分析

为了提高超声滚挤压轴承套圈的表面性能,以轴承套圈为研究对象,通过超声滚挤压试验,对试验结果进行数理统计分析,研究加工参数对超声滚挤压轴承套圈表面粗糙度的影响;再对超声滚挤压试验进行正交试验设计,将超声滚挤压轴承套圈表面粗糙度与各加工参数相互匹配,建立响应曲面和BP神经网络模型,两个模型试验结果与预测结果的对比表明所建立的轴承套圈表面粗糙度BP神经网络模型的相对误差控制在4. 5%左右,最大误差不超过5. 06%,预测结果具有更高的可信度,且优于响应曲面模型预测结果,可以进行不同超声滚挤压参数的轴承套圈表面粗糙度的预测。     

超声滚挤压轴承套圈表面残余应力预测模型建立

为实现对超声滚挤压轴承套圈表面残余应力的合理预测,以轴承套圈为研究对象,进行正交试验设计,分别建立了残余应力与各加工参数之间的传统BP神经网络、改进BP神经网络和遗传算法优化BP神经网络(GA-BP)数学预测模型。通过对三种预测模型进行对比分析,结果表明,轴承套圈表面残余应力预测模型预测精度由高到低依次是GA-BP、改进BP神经网络预测模型、传统BP神经网络预测模型;且GA-BP所建立的轴承套圈表面残余应力的预测模型的平均误差控制在2.58%,因此该预测模型可以进行不同参数下电轴承套圈表面残余应力的预测。     

超声冲击工艺参数对装甲铝合金焊接应力影响的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金焊后超声冲击的有限元模型,预测不同超声冲击工艺参数对7A52铝合金残余应力大小和分布的影响. 分析了超声冲击振幅、频率、静压力对焊接残余应力的影响规律. 旨在探讨超声冲击工艺参数对7A52铝合金焊接残余应力改善的影响因素. 计算结果表明,超声冲击振幅对残余应力场影响显著,频率次之,静压力对残余应力场影响最小;增大冲击振幅能够显著提高焊缝接头处的残余压应力值,且会增大压应力产生区域;增大超声冲击频率,会增加接头处残余压应力值,但增加的幅度有限;静压力对残余压力影响不明显. 用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致.     

42CrMo钢超声滚挤压力学性能研究及参数优化

为提高42CrMo钢轴承套圈的力学性能,基于超声滚挤压加工过程中滚压头的运动学分析和改进的J-C本构模型,对不同参数下42CrMo钢轴承套圈的超声滚挤压加工过程进行了有限元数值模拟,建立了响应曲面预测模型及交互响应曲面图,并研究了不同参数对力学性能的影响规律。结果表明：残余压应力随着转速和进给速度的增大先增大后减小,与振幅和静压力为正比例关系;硬度与振幅和静压力为正比例关系,与进给速度为反比例关系,而随着转速的增大先增大后减小。使用自适应模拟退火算法对仿真预测模型进行优化,得到了最优加工参数解集为：转速为290～360 r·min^-1、进给速度为18～24 mm·min^-1、振幅为19～22μm、静压力为580～650 N,最优力学性能参数解集为：残余压应力为1002～1033 MPa、硬度为773～793 HV。最后通过实验验证了仿真模型以及优化结果的准确性。     

超声滚压12Cr2Ni4A齿轮钢残余压应力特性研究及参数优化

目的 实现高效率、低表面粗糙度和大残余压应力制造。方法 利用ANSYS软件建立12Cr2Ni4A齿轮钢外圆超声滚压有限元模型，分析超声滚压加工后，残余应力场的分布规律。搭建12Cr2Ni4A齿轮钢试验平台，研究工艺参数对工件表层残余应力的影响规律。同时对有限元模型进行验证。运用非线性曲线拟合方法，构建超声滚压工件表面残余应力及其表面粗糙度预测模型，基于赫兹接触理论和压痕几何关系，建立外圆超声滚压加工效率理论模型。结果 经过超声滚压加工后，12Cr2Ni4A齿轮钢表层残余压应力显著提升，且沿滚压深度方向，呈现先增大后减小趋势。最大残余压应力随着初始静压力的增加，峰值点逐渐从表层向次表层移动，最大残余压应力值为?654 MPa，此时硬化层深度约为0.8 mm。经优化得到最优参数为:F=315 N，vf=0.32 mm/min，n=269 r/min。结论 12Cr2Ni4A齿轮钢表层残余压应力随静压力的增大，呈线性增加趋势，随主轴转速和进给量的增大略微减小。参数优化后，加工效率得到进一步提升，工件能够获得良好的表面状态。     

42CrMo钢超声滚压残余应力及等效塑性应变研究

基于接触力学模型，建立了超声滚压加工残余应力分布的理论模型，模拟了不同静压力、进给速度和振幅下的超声滚压加工过程，分析了超声滚压加工后残余应力和等效塑性应变的分布情况。结果表明，试样表面会发生不同程度的塑性变形并产生残余压应力。随着深度的增加，残余压应力逐渐增大，在深度为0.4 mm处达到最大值，之后逐渐转为残余拉应力，最后残余拉应力和残余压应力趋于平衡。随着深度的增加，等效塑性应变先增大后逐渐减小，最后在深度约1 mm处达到0。加工参数中静压力对残余应力和等效塑性应变的影响最为显著，最大残余压应力和等效塑性应变随着静压力的增大而增大，最大残余压应力和最大等效塑性应变分别为-910.07 MPa和0.46。对比残余应力实验和仿真结果，发现二者残余应力随加工参数的变化规律一致，并且误差范围基本保持在10%以内，验证了有限元模型的准确性和有效性。     

超高强度钢强力滚压残余应力仿真与试验研究

目的 研究不同强力滚压工艺参数对超高强度钢表层残余应力分布的影响.方法 针对45CrNiMoVA超高强度钢的表面强化问题提出了强力滚压工艺.采用硬质合金滚压刀具,对试样施加超过2500 N的滚压力,进行强力滚压强化单因素试验.基于SEM和EBSD测试,分析强力滚压对超高强度钢表层微观组织的影响,进而对不同滚压参数下超高强度钢表层残余应力分布与表面残余应力变化进行分析.最后通过ABAQUS有限元仿真建立了超高强度钢强力滚压强化表层残余应力场预测模型,对滚压强化表层残余应力仿真值与试验值进行了对比.结果 强力滚压使得超高强度钢表层的平均晶粒尺寸从0.813μm降低为0.474μm,且马氏体晶粒沿滚压方向发生了变形滑移.超高强度钢经强力滚压后,表层残余压应力由–276 MPa提升至最高–942 MPa,残余压应力深度由0.2 mm增加至最大0.9 mm.超高强度钢强力滚压试验和仿真残余应力沿径向的分布规律一致,滚压表面残余压应力仿真值与试验值的误差小于27％.结论 测试分析表明,强力滚压可有效细化超高强度钢45CrNiMoVA表层晶粒并且改善残余应力分布,残余压应力值随着滚压深度和滚压次数的增加而增大,随进给量和工件转速的增大而减小.强力滚压仿真较为准确地预测出滚压强化表层残余应力分布情况,为超高强度钢45CrNiMoVA等一类难加工材料构件的表面强化问题提供了工艺指导.     

超声滚挤压轴承套圈表面粗糙度响应曲面预测模型

为了降低轴承套圈表面粗糙度,对轴承套圈进行超声滚挤压加工试验研究,选取工件转速、工具头进给速度、预挤压力3个加工参数,采用单因素法分别研究各参数对轴承套圈表面粗糙度的影响规律。结果表明,预挤压力对试样表面粗糙度的影响最大,工件转速对试样表面粗糙度的影响次之,进给速度对试样表面粗糙度的影响较小。采用二阶响应曲面的方法,建立超声滚挤压3个加工参数与表面粗糙度之间的预测模型,并验证了模型的准确性;根据极值必要条件对轴承套圈表面粗糙度预测模型进行分析,确定了超声滚挤压加工最优加工参数,得出试验值与预测值之间的误差为2.32%。     

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。      

超声加工滚压力对钛合金表层特性的影响

目的 研究钛合金超声滚压加工中的不同工艺参数对表层特性指标的影响,得到最佳工件表面质量的加工参数。方法 运用超声滚压加工技术,采用一维超声振动滚压装置和CA6140B/A型号的车床对钛合金TC4进行试验,并结合赫兹接触理论建立滚压力与残余应力的理论模型。采用ABAQUS仿真分析滚压力对残余应力的影响。结果 对比分析发现,仿真结果的变化趋势和试验结果相同,即在其他加工参数不变的条件下,表面残余应力随着滚压力的增加,呈现先增大后减小的趋势,在静压力600 N时的残余应力值最大。通过超景深和粗糙度仪测得,超声滚压力600 N时,表面粗糙度达到最小,在500~800 N时能获得较好的表明质量,超过800 N后会对表面产生损伤,出现裂纹。由显微硬度仪测得,表面硬度和硬化程度则随着滚压力的增加而不断升高,说明表面硬度越大时,表面粗糙度并不是越小。通过金相组织图和XRD物相分析发现,随着滚压力的增大,塑性变形程度增加,β-Ti衍射峰越来越弱,晶粒细化程度越来越明显。结论 超声滚压力工艺参数在一定范围内会产生良好的加工效果。该研究为超声滚压钛合金材料奠定了理论基础。     

超声滚压静压力对0Cr13Ni5Mo不锈钢残余应力和粗糙度的影响

为了改善0Cr13Ni5Mo不锈钢的综合性能，采用超声滚压技术对其进行处理，并通过试验和数值模拟的方法研究了不同超声滚压静压力对其残余应力和粗糙度的影响。结果表明：在50～250 N的静压力区间内，残余应力随着静压力的增大而增大，模拟结果与试验结果的误差保持在9%以内；在250 N的静压力下，试验测得最大残余压应力为-579.15 MPa。模拟结果显示：残余应力分布宽度随着静压力的增大而增大，但增长幅度逐渐降低，在250 N的静压力下获得了最大的残余应力分布宽度，为8.5 mm;在50和100 N的静压力下，残余应力深度约为1 mm;在150、200和250 N的静压力下，距表层3 mm处仍然存在残余压应力，为使材料获得较高的残余压应力，同时考虑经济效益，推荐使用150 N的静压力。在50～250 N的静压力区间内，随着静压力的逐渐增大，材料表面粗糙度逐渐降低，在250 N的静压力下材料的表面粗糙度相比较于原表面降低约89%。模拟获得较小粗糙度值的最优静压力参数区间为200～300 N。     

静压力对超声滚压表层特性的影响

目的研究不同静压力对试样表面形貌、粗糙度、晶粒细化程度、随表层深度变化的显微硬度和残余应力的影响。方法运用超声滚压加工技术,采用HEU-Ⅱ系列的超声滚压设备和卧式车床对AISI304不锈钢进行处理,改变静压力,其余参数不变。利用综合扫描电子显微镜、触针式粗糙度仪、金相显微镜、显微硬度仪和X射线衍射分析仪等进行检测分析。结果静压力在300~800 N时能获取较好表面质量,超过800 N后会对表面产生损伤,出现细纹。通过XRD分析,静压力越大,晶粒细化程度越高,X衍射峰的宽化程度也越小。试样表层硬化层深度和硬度随静压力增大而增加,600 N时的硬化层比200 N时增加150μm,硬度增加35%,残余应力在表面表现为压应力,随着静压力增加而增加。当静压力增大到600 N时,最大残余应力由表面转移至材料内部。结论静压力参数在一定的范围内会产生很好的加工效果,超过一定的范围则会带来不良影响,这为运用超声滚压技术加工精密工件奠定了理论基础。     

超声滚压参数对TC4钛合金表面完整性的影响

为研究加工参数对超声辅助滚压强化TC4钛合金表面完整性的影响规律，设计基于主轴转速、进给速度、静压力和加工次数的4×4正交试验，对试样表面显微形貌、残余应力、硬度和粗糙度进行观测分析。结果表明：表面残余应力和硬度随主轴转速和进给速度的增大先增大后减小，随静压力的增大逐渐增大，随加工次数的增多逐渐减小；表面粗糙度随主轴转速和进给速度的增大逐渐增大，随静压力和加工次数的增大而减小。加工后试样表面完整性得到有效提高，划痕缺陷被消除，表面光整度提高；并形成了有利的残余压应力，最大值为-431.063 MPa,表面显微硬度提高了38.1%,表面粗糙度降低了92.7%。