研磨工艺对18CrNiMo7-6钢表面粗糙度和残余应力的影响

目的 探究研磨工艺参数对18CrNiMo7-6钢渗碳前后工件表面粗糙度和残余应力的影响规律，从而为降低研磨加工工件表面粗糙度，提高表面质量提供依据。方法 分别采用三维表面轮廓仪和X射线残余应力分析仪对工件研磨前后的表面粗糙度和残余应力进行检测，通过单因素试验研究研磨垫粒度、研磨压力、研磨速度及研磨时间等研磨工艺参数对工件表面粗糙度和残余应力的影响规律。结果 随着研磨垫粒度从400#到3000#，渗碳前后工件表面粗糙度值均减小，Ra可达15~17 nm。渗碳前后工件表面残余应力值均增大，渗碳前表面表现为残余压应力，渗碳后表面可由较大的残余压应力升至残余拉应力。当研磨垫粒度为400#时，渗碳前后工件残余应力分别为–506.54 MPa和–587.29 MPa。研磨垫粒度为800#时，随着研磨压力、研磨速度及研磨时间的增大，渗碳前后工件表面粗糙度值均减小，且表面残余压应力值增大。结论 相同研磨条件下，渗碳后工件的表面粗糙度普遍小于基体件，而渗碳件的表面残余应力普遍大于基体件。18CrNiMo7-6钢渗碳后，硬度、耐磨性得到极大提高，其研磨过程中塑性变形程度减弱是导致上述现象的重要原因。     

外圆纵向磨削工艺对18CrNiMo7–6钢表面完整性的影响

为了探究工件转速 n_w 、磨削深度 a_p和纵向进给速度 v_f等磨削工艺参数对18CrNiMo7–6钢表面粗糙度和表层残余应力的影响,用端面外圆磨床开展其单因素外圆纵向磨削试验。结果表明:随着n_w的增大,工件表面粗糙度R_a先减小后增大,当n_w为120 r/min时,R_a达到最小值,此时工件表面的残余压应力最大;当n_w大于120 r/min时,工件表面残余应力出现起伏。随着a_p的增大,工件表面粗糙度R_a先减小后增大,工件表面残余拉应力随着磨削深度的增大而增大。随着v_f的增大,工件表面粗糙度 R_a先减小后增大,当v_f为210 mm/min时,R_a值最小;且随v_f的增大,工件表面残余压应力逐渐减小,并最终转变为逐渐增大的残余拉应力。      

5052铝合金表面化学镀Ni-P镀层的组织与性能

利用化学镀在5052铝合金表面制备了Ni-P镀层,通过SEM、EDS和XRD等手段对镀层表面和界面的形貌、物相、组成、结构和性能进行了表征和分析。结果表明:化学镀Ni-P合金镀层为非晶态,成分以Ni为主,由直径为10~50-m的颗粒组成,颗粒分布较均匀,界面结合状态良好;化学镀对表面粗糙度的影响在500 nm以内,镀后镀层表面粗糙度Ra为384.49 nm;镀层残余应力状态为拉应力,其值达到(521±168.0)MPa。     

激光表面处理对陶瓷基底化学镀铜层结合力的影响

通过改变激光扫描间距对陶瓷基底进行表面处理得到不同粗糙度的陶瓷表面，经化学镀后在该基底上沉积一层金属铜层，探讨了不同粗糙度表面对所得到的金属镀铜层与陶瓷基底表面结合力的影响。激光扫描间距对陶瓷表面经激光处理后所得的表面粗糙度有很大影响，当激光扫描间距选择介于1～4μm之间时能得到粗糙度值相对较高的陶瓷表面。镀层与基底的结合力随着陶瓷表面粗糙度的增加而增大，试验可得到与陶瓷基底结合力高达16．5N／mm^2的化学镀铜层，这远远达到普通工业化应用要求。     

钛合金铣削刀具的磨损对工件表面沿主轴方向粗糙度的影响

采用硬质合金立铣刀对Ti6Al4V进行高速铣削正交试验,将新刀具所加工的工件表面粗糙度和后刀面磨损至0.05 mm左右时的刀具所加工出来的工件表面粗糙度值进行对比分析,研究磨损后的刀具对工件表面粗糙度的影响。利用粗糙度仪对工件表面粗糙度进行测量,使用超景深显微镜对加工后的工件表面形貌以及刀具磨损情况进行观察,并利用测力仪测量铣削加工过程中刀具产生的铣削力。结果表明:当刀具后刀面磨损至0.05 mm时,其切削参数对工件表面的粗糙度影响大小与刀具崭新时的不一样,这是由于刀具的磨损导致在加工时刀具发生了振颤,从而影响到了工件沿机床主轴方向的粗糙度使其粗糙度增大。     

CFRP砂轮与钢基体砂轮高速磨削过程中的动力学特性

为探究CFRP砂轮与钢基体砂轮在高速磨削过程中的动力学特性,在数控凸轮轴磨床上搭建振动测试试验平台,开展磨削过程的动力学特性试验,研究2种砂轮在不同线速度和不同进给速度下的振动信号变化,并测量磨削后工件的表面粗糙度。结果表明:CFRP砂轮主轴系统的各阶固有频率高于钢基体砂轮主轴系统的各阶固有频率,且磨削过程中激发的优势频率处于高频区域。随着砂轮线速度的增大,GCr15工件表面粗糙度随之发生波动,CFRP基体砂轮磨削表面的粗糙度明显变小,较钢基体砂轮磨削表面的粗糙度减小30%～35%。颤振发生前后,CFRP基体砂轮磨削的表面粗糙度由0.089 μm变为0.091 μm,粗糙度增大2.2%;钢基体砂轮磨削的表面粗糙度由0.135 μm变为0.146 μm,粗糙度增大8.2%。在线速度一定的条件下,随着砂轮进给速度的增加,CFRP砂轮和钢基体砂轮磨削的工件表面粗糙度值都有增加,分别为2.4%和2.9%,但相较于砂轮线速度对工件表面粗糙度值的影响,进给速度对工件表面粗糙度值的影响更小。      

SiCp/Al复合材料超声振动研磨工艺研究

针对SiCp/Al材料传统研磨方法加工困难,研磨工具磨损快,加工后难以获得高质量表面等问题,采用超声振动研磨加工方法可以显著改善其加工效果。通过对单磨粒的超声振动轨迹进行分析,得出其运动轨迹为空间椭圆形,可实现磨粒与工件间歇性的接触加工;采用树脂结合剂金刚石磨头对SiC体积分数为40%的SiCp/Al材料进行超声振动研磨加工试验,在不同的主轴转速n、进给速度v和研磨深度a_p以及磨料粒度d下,利用单因素试验法对工件进行研磨,检测加工后工件表面粗糙度,得出各工艺参数对工件表面粗糙度S_a值的影响规律。结果表明:超声振动研磨后的工件表面粗糙度S_a值相较于普通研磨后的79 nm下降为45 nm;超声振动研磨后工件表面粗糙度随n的增大先减小后增大,转速为1 800 r/min时,粗糙度值最小;工件表面粗糙度随v和a_p的增大而增大,随着d的减小而减小。并得出试验参数内的最优参数组合为:n=1 800 r/min,v=5 mm/min,a_p=1 μm,d=4.5 μm。      

HIPSN陶瓷高效精密磨削工艺优化试验研究

目的针对HIPSN(热等静压氮化硅)陶瓷精密加工效率低、成本高、难度大的问题,对HIPSN陶瓷高效精密磨削加工工艺进行优化。方法利用高精度成形磨床对HIPSN陶瓷进行试验,分析砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度等工艺参数对磨削后表面质量的影响规律。结果磨削深度由0.005 mm增加到0.050 mm,表面粗糙度值由0.2773μm减小到0.2198μm,并趋于稳定;工件进给速度由1000 mm/min增加到15 000 mm/min,表面粗糙度值由0.2454μm减小到0.2256μm,之后增大到0.2560μm,并趋于稳定;砂轮线速度由20 m/s增加到50 m/s,表面粗糙度值由0.2593μm减小到0.2296μm。随着工件进给速度的增大,表面波纹度平均间距Sw由0 mm直线增加到5.90 mm;随着砂轮线速度的提高,平均间距Sw由2.33 mm直线减小到0.68 mm。优化工艺参数组合:砂轮线速度50 m/s,磨削深度0.030 mm,工件进给速度3000 mm/min。结论表面粗糙度值与磨削深度和砂轮线速度呈负相关,随着工件进给速度的增大,表面粗糙度值先减小后增大,之后趋于稳定。减小工件进给速度、提高砂轮线速度有助于改善表面波纹度。     

58SiMn高强度钢车削表面完整性的试验研究

目的研究58Si Mn高强度钢表面完整性评价指标受切削参数影响的变化规律。方法分别设计单因素和正交试验,采用涂层硬质合金刀具对58Si Mn高强度钢进行车削加工试验,通过采集相关数据,分别讨论了切削深度、进给速度和切削速度变化对表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表层微观组织变化等方面的影响。结果进给速度对表面粗糙度的影响最显著,切削速度次之,切削深度的变化对表面粗糙度无直接影响。已加工表面的残余应力随切削速度和进给量的增大而增大。显微硬度随切削深度的增大而减小,随进给量的增大而增大,层深上的显微硬度则呈现先减小后增大的趋势。表层微观组织受切削速度影响不大,未出现明显的相变和晶粒歪曲。结论降低进给速度是减小工件表面粗糙度最直接有效的方法,提高切削速度并不能使表面粗糙度明显减小。工件表面的轴向和切向残余应力均为拉应力,为提高零件使用性能,应采取相应的措施使之转化为压应力。     

表面粗糙度对冷锻摩擦因子的影响

借助圆环镦粗实验,以Cr12MoV为模具材料,20钢为工件材料,分别在磷皂化润滑与无润滑条件下,探讨模具与工件的表面粗糙度对冷锻摩擦的影响规律,为冷锻成形中模具和工件表面粗糙度的选择提供参考。实验结果表明,冷锻摩擦因子随模具表面粗糙度的增大而增大。工件表面粗糙度对摩擦的影响在不同润滑条件下具有不同的表现,磷皂化润滑条件下,工件表面粗糙度越大,摩擦因子越小;无润滑条件下,摩擦因子随着工件表面粗糙度的增大先减小后增大。同时发现,随着变形程度的增加,试样的表面粗糙度逐渐趋近于模具的表面粗糙度。     

双磁极式磁粒研磨机理分析及试验研究

目的解决平面磁粒研磨中压力不均匀和需要反复调整研磨间隙的问题,设计双磁极式研磨方法。方法首先对双磁极式研磨方法机理进行分析,并对研磨区域单颗磨粒进行受力分析,寻找影响研磨压力的主要因素;其次利用Ansoft Maxwell软件对两种研磨方法进行磁场仿真,分析两种研磨方法的研磨区域磁场梯度变化,通过面积积分法对比磁感应强度的影响程度;最后设计试验装置,通过试验对理论分析及有限元分析的结果进行验证,对比研磨前后工件表面粗糙度及微观形貌变化。结果双磁极式研磨方法中磨粒的研磨压力完全由磁场力提供,与研磨区域磁感应强度成正比,研磨区域磁感应强度比"铣削式"研磨方法提高约34.56%。两种方法在相同试验条件下对SUS304不锈钢板研磨40 min,双磁极式研磨方法研磨后,工件表面原始纹理基本被去除,表面粗糙度值由原始的0.25μm下降至0.16μm,下降率为36%,比"铣削式"研磨方法提高约80%,粗糙度曲线波动平缓,波峰波谷高度差变化均匀且表面形貌光滑平整。结论双磁极式研磨方法研磨区域磁场梯度变化明显,利于磨粒流动更新,研磨压力相对稳定,表面粗糙度下降率高,研磨后工件表面形貌光整,与"铣削式"研磨方法相比具有较明显的优势。     

中厚板氧化铁皮对冷却过程的影响

热轧钢板在轧制时除鳞方式不同,即使采用相同的控冷工艺参数,其终冷温度差异较大,这是由于钢板表面氧化铁皮的厚度和形态不同导致的。为此,研究了氧化铁皮对钢板冷却过程的影响。结果表明:较厚的氧化铁皮使钢板表面粗糙增大,使传热过程中的流动边界层发生变化并对冷却过程中核态沸腾汽泡的产生具有较大影响,从而提高了冷却强度且使钢板冷却不均,出现浪形。同时分析得出:钢板表面麻点缺陷、氧化铁皮破碎、FeO的结构易使其表面粗糙度增大。因此,通过调整加热及热轧过程工艺参数,减少氧化铁皮的形成或避免产生粗糙表面都可以有效避免对钢板造成不均匀冷却,使板形得到明显改善。     

汽车板180BH三维表面轮廓测试

目的测试汽车板的三维表面轮廓及表面结构参数波纹度和粗糙度,判定汽车板表面是否符合汽车厂标准的要求。方法利用白光干涉的三维光学轮廓仪,在15~30℃、湿度小于80%、无凝结的条件下,依照相关国际标准,测量汽车板表面三维轮廓及波纹度和粗糙度。通过分析汽车板表面结构的形成过程及其分类,介绍了基于白光相移干涉法测量的原理及方法。结果以180BH汽车板为例,厚度为0.8 mm,测试得到其表面最大高度可达到20μm,中间的高度较低,最低高度为-13μm。取样长度50 mm,水平方向经过一次多项式处理,然后经过5次多项式拟合,去除取样长度内的形状误差,最后利用高斯滤波器去除λc=0.8mm短波部分,得到取样长度内的波纹度Wa为0.404μm,表面粗糙度Ra为1.089μm。结论测试结果显示汽车板180BH的波纹度小于0.5μm,表面粗糙度小于1.2μm,均符合汽车厂产品的要求。白光相移干涉三维光学轮廓仪能够清晰地测量汽车板的表面轮廓,得到表面结构参数,为汽车板表面质量的评价提供了一个重要的手段。     

基体表面粗糙度对冷喷涂粒子沉积过程影响的物质点法数值分析

目的 解决有限元法模拟冷喷涂粒子沉积过程时存在的网格畸变等问题,并探讨粒子和粗糙基板的结合方式。方法 基于物质点法建立冷喷涂粒子沉积的仿真模型。利用FORTRAN语言自编程序对铜粒子冷喷涂铜基板的过程进行仿真分析,并与其他研究中的试验结果进行对照,结果吻合较好,表明物质点法模拟冷喷涂粒子沉积问题是可行且有效的。此外,分析基体表面粗糙度对粒子沉积过程的影响规律,并探讨粒子在不同位置沉积的结合机理。结果 随着表面粗糙度的增大,粒子扁平化趋势增大,回弹动能减小。表面粗糙度足够大时,粒子射流可能和基板形成机械咬合结构;粒子在波谷处沉积时受两侧波峰作用难以扁平化,但是凹坑深度增大,回弹动能减小,粒子基板结合强度增大;粒子在左侧半腰处沉积时,其在切向速度分量作用下与右侧波峰形成二次接触,形成了较长的射流。结论 粒子与基板的结合强度随着表面粗糙度的增大而增大。粒子在波峰处可以形成机械咬合结构;在波谷处凹坑深度增大、回弹动能减小,起填充作用;在半腰处能够与右侧波峰产生二次接触,增大结合强度。研究结果可为冷喷涂工艺生产提供一定指导。     

砂轮刚性对磨削性能及产品加工质量的影响

通过测量不同砂轮磨削时机床功率、磨削区温度、刀具的表面粗糙度和刃口质量,分析砂轮刚性改变对砂轮磨削性能和刀具质量的影响。研究发现:在一定范围内降低砂轮的刚性可以提高砂轮的磨削性能,改善刀具的加工质量。其中,加入体积分数10%的尼龙制备的砂轮对其刚性改善比较明显,在相同的磨削条件下,其磨削区的平均温度较普通砂轮磨削区的平均温度低50℃左右;累计磨削相同工件后,机床负载约为使用普通砂轮时的30%~50%;磨削得到的刀具表面粗糙度降低,可以达到R_a0.02μm以下,且磨削纹路规则;在×500倍显微镜下,观察不到刀具崩刃等缺陷,刃口质量得到明显改善。      

非高斯高度分布函数构造的表面形貌的表征

目的 研究具有不同高度分布函数的表面形貌粗糙度参数的变化.方法 高度分布函数包含了表面形貌的高度信息,通过对其逆运算可重新构建表面形貌.通过统计表征不同高度分布函数所构建的表面形貌的高度类粗糙度参数,并对比分析它们之间的变化关系,从而确定用于准确描述表面形貌的基本高度类参数.结果 源于同一种非高斯型的分布函数构建出的表面形貌,部分表征表面形貌的高度类粗糙度参数会保持一致;而源于不同的非高斯型高度分布函数构建出的表面形貌,其部分高度类粗糙度参数(Ra、Rq、Rsk、Rku)会随高度分布函数形状的变化而发生规律性变化,由此提出了高度类参数简化选择的方式.结论 可根据需求选取适当的粗糙度参数来表征表面形貌.对于满足同一高度分布函数的表面形貌,可以通过测量与峰值(谷值)相关的参数(如Rp、Rv等)或高度位置信息相关的参数(如Rtm、R3y等),来表征区分不同的表面形貌.对于满足不同高度分布函数的表面形貌,可以通过测量由分布函数确定的参数(Ra、Rq、Rsk、Rku)来进行初步的表面表征区分,而后再按照需求进行多参数的测量.     

强流脉冲电子束对TC4钛合金表面形貌的影响

采用强流脉冲电子束对TC4钛合金表面进行处理,研究了电子束处理后TC4钛合金的表面形貌、表面粗糙度变化。结果表明,电子束处理对表面粗糙度的影响与预处理试样表面状态有关:当预处理试样表面粗糙度大于0.031μm时,电子束处理后其粗糙度降低,在该条件下表面层的缺陷较多,表面熔化占主导作用;当预处理试样表面粗糙度为0.031μm时,电子束处理后粗糙度增大,此时表面熔坑形成占主导作用。因此电子束处理有增加或减小粗糙度的双重特性,这取决于表面熔化和熔坑形成两种机制的强弱状态。当预处理试样的粗糙度大于0.468μm时,由于电子束处理过程中的热力耦合过程,处理后表层极易形成裂纹。     

花岗石磨抛表面的双分形研究

用六种不同尺寸磨粒的金刚石磨盘，对三种典型不同粒度的花岗石进行磨抛加工，得到不同粗糙度的花岗石表面；再利用结构函数分析法，对不同品种、不同粗糙度花岗石和花岗石的主要成分的磨抛表面的双对数图进行分析，发现了花岗石双分形特性的存在，对双分形特性进行了研究，提出了一种双分形参数的计算方法。对双分形现象与花岗石成分和组织的关系进行了初步讨论，认为花岗石双分形和成分关系不大，是否出现双分形主要是由花岗石组织结构决定的。同时对具有双分形特性的花岗石双分形分界频率的特点进行了探讨。     

切削参数对子午线轮胎模具侧板切削比能及表面粗糙度的影响研究

以子午线轮胎模具侧板为研究对象进行铣削试验,着重研究主轴转速、每齿进给量、切削深度对轮胎模具侧板切削比能、材料去除率和表面粗糙度的影响规律。分析试验结果可知:切削比能随着切削参数的增大而减小,说明适当增大切削参数可以提高切削效率并节约能量;表面粗糙度随主轴转速增大呈先增大后减小的趋势,随切削深度和每齿进给量的增加而增大。结果表明:提高主轴转速既有利于降低切削比能(节能)也有利于改善表面粗糙度,增大每齿进给量和切削深度会降低切削比能但会恶化表面质量。因此,为同时达到高效节能和良好表面质量的要求,应尽量提高主轴转速。     

聚磁盘形状对磁粒研磨加工管件内表面的影响

目的提高磁粒研磨法加工管件内表面的质量及加工效率,探究磁粒研磨法中不同形状的聚磁盘对管件内表面的影响。方法利用Maxwell软件对轴向开槽聚磁盘与不开槽聚磁盘进行磁场强度模拟和磁感应线模拟,分析不同形状的聚磁盘的磁感应强度变化和磁场强度分布。利用磁粒研磨法对工件内表面进行研磨加工,对研磨之后的工件表面粗糙度进行测量,并对微观形貌进行观察。结果在磁粒研磨工具转速为500 r/min、加工时长为15 min的条件下,聚磁盘为未开槽时,表面粗糙度由原始的0.509μm降至0.127μm,表面粗糙度改善率(%ΔRa)为75.04%;当聚磁盘为轴向开槽时,工件表面粗糙度由原始的0.553μm降至0.097μm,工件的表面粗糙度改善率(%ΔRa)为82.45%。结论在相同的加工条件下,当聚磁盘轴向开槽时,相对于轴向不开槽的聚磁盘,磁粒研磨管件内表面的研磨效果更好,表面粗糙度改善率和研磨效率更高。