单颗磨粒切削TC4钛合金过程摩擦行为仿真与研究

通过有限元仿真软件研究了单颗磨粒在切削TC4钛合金过程中的摩擦行为及其对抛光加工的影响。利用Abaqus软件建立了单颗磨粒切削TC4钛合金过程中材料的塑性变形模型,并应用迭代自适应网格重划分技术,准确模拟了不同摩擦系数下单颗磨粒切削TC4钛合金表面时的接触应力分布和塑性变形,为优化TC4钛合金叶片抛光工艺提供了理论依据。研究表明,摩擦系数对切削深度和材料堆积率有影响,特别是在磨粒切出阶段,摩擦系数的增加会显著促进材料在磨粒前端和两侧的堆积,故在实际抛光加工中应合理控制摩擦系数。     

TC4钛合金切削过程显微结构变化的研究

基于有限元仿真,研究了在干切削和低温冷却条件下切削TC4合金过程中零件加工表面微结构的变化。通过运用用户自定义的材料属性的程序,对材料的本构模型、在不同切削条件下微结构变化的特征,以及在切削过程中流动应力的变化进行定义,使得材料的流动应力在切削过程中可以根据实际的计算结果进行随时更新。通过实验的比较,证实了仿真结果的正确性。     

单颗团聚CBN磨粒磨削TC4钛合金表面创成机制

目的 提出一种兼具耐磨性好、自锐性能优异的新型团聚CBN磨粒研制方法,解决单晶CBN磨粒因其力学特性各向异性而极易出现沿解理面大块破碎的问题,进而提升加工效率和磨削性能。方法 利用模压成形和高温液相烧结技术,制备了综合性能优异的新型团聚CBN磨粒,探究磨粒结合界面形成机制,并通过单颗磨粒磨削TC4钛合金试验,综合对比团聚CBN磨粒与单晶CBN磨粒的磨损状态和磨痕形貌,探明团聚CBN磨粒的磨削性能优势。结果 团聚CBN磨粒烧结界面新生成了TiB2、TiB和TiN;优选的烧结工艺参数为800 ℃,保温时间为10 min;相比于单晶CBN磨粒,团聚CBN磨粒的耐磨性和锋利度显著提升,磨削加工效率和质量明显改善。结论 由于团聚CBN磨粒内部微晶颗粒间金属结合剂的存在,提高了磨粒的断裂韧性,降低了因磨粒内部裂纹扩展而引起的宏观裂纹损伤深度,有效提升了磨粒的加工性能;磨削过程中随着磨粒的不断磨损,未出露的CBN晶粒逐渐参与磨削,确保了磨粒工作面有效磨粒数的动态平衡,有助于提升磨粒整体自锐能力。     

基于单颗磨粒切削的钛合金磨削过程仿真研究

采用有限元分析软件DEFORM的Johnson Cook材料模型,模拟了润滑涂层单颗磨粒磨削TC4合金的加工过程,对磨屑形成过程中磨削区温度、磨削力和切削变形区内应力的变化情况进行了有限元分析。结果表明:切削高温和高内应力主要集中在剪切变形区的刀尖位置;随着一个锯齿状磨屑节块的生长,温度降低、内应力减小。磨削力和磨削温度随磨屑的形成过程呈规律性变化:随着磨削进行,磨削力逐渐增大,磨削温度也相应升高;在锯齿状切屑完整形成时,磨削力最小、磨削温度最低。     

基于SPH法的钢轨打磨单颗磨粒磨削仿真

为研究钢轨打磨过程中材料的去除机理,采用光滑粒子流体动力学（SPH）的方法,仿真模拟钢轨打磨过程中单颗磨粒的切削过程,分析单颗磨粒几何形状、切削深度、负前角对打磨磨削过程中切削力、切削力比的变化规律及工件材料应力、变形情况的影响。结果表明:由于单颗磨粒的推挤作用,工件材料流动后形成毛刺和磨屑,而棱锥形磨粒可以获得较好的磨削加工表面;切削力随磨粒切削深度的增加而增大;磨粒负前角增大时,切削力和切削力比都随之增大,且负前角越大磨屑呈越明显的锯齿状。      

单颗磨粒的平面磨削三维动态有限元仿真

将磨粒简化为圆锥形,利用Deform-3D软件,进行了单颗磨粒的平面磨削的三维动态有限元仿真。分析了砂轮与工件表面之间的摩擦系数相同而磨削速度不同时对磨削力产生的影响,以及磨削速度相同而摩擦系数不同时对磨削力产生的影响。结果表明：未变形磨屑厚度不变时,单位磨削力随着砂轮速度的增加而增大,在砂轮速度的低速区,单位磨削力增加较快,而在砂轮速度的高速区,单位磨削力增加得较慢;在磨削速度不变时,单颗磨粒的磨削力随着摩擦系数的增加而增加。     

单颗CBN磨粒高速磨削过程的仿真研究

为研究单颗CBN磨粒高速/超高速磨削的微观机理,以随机形状CBN磨粒为模型,采用Lagrange/Euler流固耦合方法,仿真分析不同工艺参数下的CBN磨粒磨削SHK-9高速钢的过程。结果表明:CBN磨粒（124~150μm）在切削深度a_p 20 μm、30 μm,切削速度120m/s时,切向磨削力达到最大,但在a_p 40 μm切削深度下反而最小。随着CBN磨料粒度尺寸变小,磨削力下降明显,磨粒可以在工件表面形成更为窄密的耕犁沟痕,配合适当的磨削深度有助于提高表面磨削质量。      

刚粘塑性有限元法模拟TC4钛合金锻造过程

本文通过大量Ｇｌｅｅｂｌｅ－１５００热模拟实验机上压缩实验，拟合出ＴＣ４钛合金的高温本构模型，采用自行构造的函数产生有限元模拟的非均匀初始温度场。对ＴＣ４钛合金自由锻造过程进行，屡科学制订工艺，提供了重要参考数据。     

钛合金电火花加工间隙流场排屑过程数值仿真研究

采用数值模拟方法对电火花加工过程中间隙流场的碎屑排出情况进行仿真研究。计算结果表明,在电极的上升段,大量粒子被带出凹槽,排屑效果显著;在电极的下降段,仍有部分粒子被继续排出间隙区域。对比不同尺寸的钛合金粒子分布可以发现,排出粒子的数量随粒子直径的增加而减小,说明小粒子更易被排出。对流场内速度矢量分布进行分析可以发现,在电极上升过程中,其下表面下方区域存在涡结构,这是排出颗粒粒子的主要动力;在电极下降过程中,涡结构出现在间隙区域上方电极两侧,继续带动部分粒子排出。     

TC4钛合金的微动疲劳行为研究

研究了TC4钛合金在柱面-平面接触条件下的微动疲劳行为.通过观察微动区的磨损特征和截面形貌,分析了微动疲劳损伤机制,探讨了磨屑的形成与演变过程及其对微动疲劳行为的影响,考察了摩擦系数随时间的变化.结果表明,TC4钛合金微动区的损伤机制以粘着磨损、磨粒磨损和接触疲劳为主,并伴有氧化磨损.磨屑是基体材料脱落、破碎、氧化形成的,磨屑中的硬质氧化物颗粒促进了合金表面的磨粒磨损,加速了疲劳失效.     

TC4铣削切屑形态与表面形貌特征

目的 对TC4铣削过程中锯齿状切屑的形成与对应产生的加工表面形貌特征进行研究,掌握钛合金TC4高速铣削加工切屑形态随铣削速度的变化规律,从而提高加工表面质量和效率。方法 基于有限元软件,建立钛合金TC4二维变厚度切削模型,通过仿真和铣削试验分析铣削速度对切屑形态的影响规律。利用超景深显微镜和PS50表面轮廓仪对TC4铣削过程中形成的切屑形态及工件加工表面形貌进行观测和分析,确定铣削加工TC4过程中铣削速度与切屑形态、工件表面形貌和表面粗糙度之间的关系。结果 铣削试验验证得出铣削力仿真值与试验值最大误差为9.86%,验证了二维变厚度切削模型的准确性。随着铣削速度从40 m/min增大到120 m/min,切屑形态由带状转变为锯齿状,且铣削力逐渐减小。同时,铣削速度由80 m/min增大到240 m/min时,切屑的锯齿化系数和剪切带内的剪切角均增大,而剪切带间距减小,TC4加工表面波纹加深、波纹间距变宽,并且伴随有大量韧窝出现,导致表面粗糙度值增大。结论 掌握锯齿状切屑几何特征与工件表面形貌随铣削速度的变化规律,以便在铣削加工TC4过程中对锯齿状切屑进行控制,对于提高工件加工表面质量和加...     

TC11钛合金构件冲锻成形工艺

采用一种集合冲压和锻造的冲锻复合成形新工艺成形小圆角变壁厚的钛合金构件。先分别通过大圆角R15 mm、小圆角R5 mm的两次拉深后,运用Deform-3D有限元软件研究了两次镦粗侧壁和3次镦粗侧壁过程。结果表明:通过两次镦粗侧壁能够实现侧壁增厚,但圆角区域容易出现折叠、夹层等缺陷;通过3次镦粗侧壁,控制每次镦粗的壁厚变化倍数不大于1.35,可以实现侧壁增厚3~4 mm,圆角增厚8 mm。采用该工艺进行零件加工,可以降低对设备吨位的要求、提高材料利用率和零件质量,在生产中具有良好的经济效益。     

TC4合金等温挤压过程的有限元数值模拟

采用刚-粘塑性有限元数值技术模拟了TC4合金等温挤压成形筒形件过程，对等温挤压成形过程中需考虑的速度、温度、润滑等因素进行了探讨。     

钛合金(TC4)电子束焊接模拟

通过工艺试验,获得了9 mm厚TC4电子束焊接最佳工艺参数;利用有限元软件ABAQUS建立模型.结果表明,模拟焊缝形貌和表面残余应力结果与实测结果具有非常高的一致性,说明了穿透性强的圆锥热源和辐射性强的双椭球热源组成的复合热源能够有效地反应出电子束焊接特点,证明了有限元模型的正确性;进而对模拟结果进一步分析,得到焊缝周围存在较高残余应力,尤其是在焊件内部存在危险的三维拉伸应力状态.     

有限元模拟TC16合金镦制六角螺栓的头部变形行为

TC16钛合金具有良好的力学性能和冷成形性能,在航空航天领域中广泛应用于制作紧固件。为研究TC16钛合金镦制六角头螺栓的变形行为,本文采用MSC.Marc有限元模拟软件,模拟了不同变形条件下TC16钛合金丝材镦制六角头螺栓时的头部变形行为。研究结果表明,摩擦系数对变形程度分布和变形温度分布的影响较大;变形初始温度对变形程度分布的影响较小,但对因材料变形导致的热温升影响较大。摩擦系数较小容易充不满,摩擦系数较大容易产生飞边。摩擦系数为0.1时,有利于六角头的成型,得到的产品形状较好。将模拟结果与实况条件下镦制的六角头螺栓变形结果进行了对比,发现两者之间可以较好地吻合。     

细晶TC4钛合金的动态再结晶行为及数值模拟

采用实验和有限元模拟相结合的方法,研究了经连续变断面循环挤压制备的细晶TC4钛合金热加工过程中的动态再结晶（DRX）行为。通过实验得到的真应力-应变曲线,建立了细晶TC4钛合金的临界应变模型和DRX动力学模型,并基于所建立的DRX模型,采用DEFORM-3D软件对其热压缩过程进行了模拟。结果表明:热压缩工艺参数对细晶TC4合金的DRX行为有显著影响;随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶的体积分数（XDRX）及其晶粒尺寸均增大;随着应变的增大,变形区的等效应变和区域范围均增大;合金变形时,XDRX的实验值与其模拟值的相关性为0.9762,表明所建立的模型具有较高的精度。     

大理石砂带磨削模拟研究

对压磨板式砂带磨削大理石进行模拟研究,建立了砂带形貌、工作台运动等几何模型;基于单颗粒金刚石切削大理石实验,模拟了针对脆性材料脆性断裂特点的工件磨削表面形貌,包括粗糙度值及轮廓.砂带形貌模型将磨粒切削部分视为锥体,包括砂带基体、磨粒形状、大小、数目及分布;磨削运动几何模型包括工作台静止、转动、往复移动、同时转动移动模型;脆性断裂磨削表面形貌模型是由若干被放大了锥顶角的磨粒沟槽交错组合而成.对比实验采用粒度为P40的SiC砂带在压磨板式平面砂带磨床上进行.模拟的表面粗糙度数值和表面轮廓与实验结果的一致性较好.     

喷丸对钛合金TC4磨削加工表面完整性的影响

对4种表面状态(磨削1,磨削2,磨削1+喷丸以及磨削2+喷丸)的钛合金TC4开展了表面完整性研究.测试了4种表面状态的粗糙度、残余应力和半高宽,并确定了室温疲劳极限.结果表明,磨削工艺对于钛合金TC4的半高宽和疲劳性能有较大影响,不同工艺磨削后X射线衍射峰半高宽分别为2.1.和2.5.,旋转弯曲疲劳极限分别为406 MPa和432 MPa;而喷丸后,由于表面强化层深度大于磨削影响层,残余压应力和加工硬化的作用大幅度提高了疲劳极限,并使不同加工状态的试样疲劳性能趋近一致(585 MPa和594 MPa),消除了由于磨削方法不同导致的表面完整性差别.