不锈钢车削表面残余应力的模拟与参数优化

采用有限元软件对304不锈钢干切削过程进行模拟,获得不同影响因素下的工件表面残余应力值。采用静态信噪比(S/N)和方差分析对仿真结果进行分析,得到切削速度、进给量、背吃刀量、刀尖圆弧半径和刀具前角对工件表面残余应力的影响情况,根据分析结果对各影响因素进行优化,并将优化后的参数进行实验对比验证。结果表明:切削速度、进给量、背吃刀量、刀尖圆弧半径、刀具前角对工件表面残余应力的贡献度分别为10.14%,15.19%,8.48%,62.42%,3.77%。     

应力控制下7075-T651铝合金的疲劳断裂行为

在不同应力幅下(60%σ_s,70%σ_s,80%σ_s,90%σ_s,σ_s为试验合金屈服强度)对7075-T651铝合金进行了应力控制下的疲劳试验,研究了其循环应变响应,观察了疲劳断口形貌、表面损伤形貌以及显微组织,分析了疲劳裂纹的萌生及扩展机制。结果表明:试验合金中析出了微米级的Al7Cu2Fe颗粒、纳米级的η′(MgZn2)相和尺寸较大的η(MgZn2)相,此外,还存在尺寸为3~10nm的细小球状GP区;在较高应力幅(80%σ_s,90%σ_s)控制下,试验合金表现出先软化后硬化直至断裂的疲劳行为,而在较低应力幅(60%σ_s,70%σ_s)下则先软化后明显硬化并趋于稳定;试验合金主要发生微孔聚集韧窝型断裂,在较高应力幅下,裂纹源位于粗大夹杂物Al7Cu2Fe和第二相MgZn2处,位错大量缠结,而在低应力幅下,裂纹源位于基体轻微撕裂处,位错形态为分散的短或长直位错线。     

考虑平均应力影响的7075-T651铝合金疲劳性能研究

研究了平均应力效应对7075-T651铝合金疲劳性能的影响,选取了R=0.5、0.3、0.1和-0.1四组应力比进行疲劳试验。结果表明,同一应力比下,随着峰值应力水平的增加,疲劳寿命逐渐降低;而同一峰值应力水平下,随着应力比的提高,疲劳寿命则呈现出逐渐升高的趋势。同时,使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)观察疲劳断口形貌发现,在峰值应力相同的情况下,裂纹萌生及扩展区的扇形面积随平均应力的增大而增大。最后,基于7075-T651铝合金疲劳实验结果,提出了一种考虑S-N-R的改进型预测模型,结果对比显示相较于其他模型,此模型在一定程度上对7075-T651铝合金具有更好的疲劳寿命预测效果。     

7075T651铝合金板材内部初始残余应力分布研究

针对材料内部残余应力分布的传统剥层测量方法,对底部贴片的剥层法进行改进,通过测量底部释放的应变,结合有限元方法模拟残余应力释放过程中得到的各剥除层的应变释放系数,计算出了剥除层释放的残余应力。运用弹性力学理论推导得到了材料内部初始残余应力的修正公式。随后基于两种方法对典型7075T651航空铝合金预拉伸板的内部残余应力进行了测量,并对测量结果进行了分析和比较。结果表明,改进法能够有效评估材料内部初始残余应力分布规律,但是在个别深度处测量精度有待进一步提高。     

7075-T651铝合金薄壁件加工仿真研究

针对薄壁件加工中难以选择刀具几何参数和切削参数等问题,基于金属切削仿真软件Advant Edge建立了硬质合金圆柱铣刀高速铣削7075-T651铝合金薄壁件有限元模型,采用单因素试验法仿真分析了切削参数对切削力、切削温度的影响,以及圆柱铣刀的前角和刀尖圆弧半径对切削性能的影响。为薄壁零件加工中选择合理刀具几何参数与切削参数提供了可靠的依据。     

7075-T651铝合金焊接接头疲劳性能研究

本文以高速列车车体用7075-T651铝合金为研究对象,开展了7075-T651焊接接头在不同调修工艺下的力学、疲劳性能研究,为改善焊接接头性能优化调修工艺提供基础数据。试验结果表明,随着调修次数的增加,焊接接头的疲劳性能逐渐提高。随着应力级的增加,焊接接头疲劳性能逐渐降低。调休次数增加,焊缝热影响区晶间气孔减少,强化相得到增加。     

7075-T651/7075复层铝合金的显微组织和力学性能

采用冲击射流固液复合铸造法在7075-T651铝合金表面浇注7075铝合金液,制备得到7075-T651/7075复层铝合金,研究了该复层铝合金的显微组织、物相组成、硬度分布、抗拉强度和耐磨性能。结果表明:复层铝合金由7075铝合金包覆层、熔合线和7075-T651铝合金基体组成,基体又可细分为热影响Ⅰ区、热影响Ⅱ区和热影响Ⅲ区;包覆层为枝晶组织,熔合线处为细等轴晶,热影响区中均为柱状晶;复层铝合金中存在α(Al)、η(MgZn_2)、η′(MgZn)和T(Al_6CuMg_4)等相;热影响Ⅰ区的硬度最高,为强化区,热影响Ⅱ区为软化区,热影响Ⅲ区的硬度略低于原始基体的;硬度越高的区域,其耐磨性能与抗拉强度也越高;熔合线处的硬度和磨损率均在包覆层的和基体的之间,说明复层铝合金实现了良好的冶金结合。     

7075铝合金板淬火残余应力模拟及实验研究

铝合金板在淬火过程中产生较大的残余应力,导致构件出现变形、翘曲。采用准耦合法对7075铝合金板在淬火过程中的温度场和应力场进行数值模拟,利用盲孔法对淬火后的残余应力分布进行实验测量。结果表明,7075铝合金板淬火后残余应力呈现出外压内拉的分布状态,淬火过程中形成的较大温度梯度造成的不均匀塑性变形是应力产生的主要因素,铝板表层和心部冷却速度的变化导致了应力分布状态的转变。实验结果验证了准耦合模拟方法的可行性,研究结论为残余应力控制提供重要依据。     

7075铝合金铣削残余应力及表面质量试验研究

采用直径1的4刃硬质合金立铣刀(4HCE040110S04)对7075铝合金进行单因素铣槽试验,研究已加工表面粗糙度、铣削表层残余应力以及槽底表面质量随切削参数的变化规律。通过试验得出以下结论:随着切削速度v的增大,槽底面粗糙度逐渐增大,已加工窄槽表层残余应力逐渐减小,毛刺与卷边增多;随着进给速度的增大,铣削的窄槽底面粗糙度逐渐增大,已加工窄槽表层残余应力逐渐增大,毛刺与卷边明显增多;随着切削深度的增大,铣削的窄槽底面表面粗糙度逐渐增大,已加工窄槽表层残余应力逐渐增大,毛刺与卷边增多;铣削的窄槽底面两走刀路径之间存在明显的隆起。     

铝合金7050-T7451直角切削表面的残余应力研究

采用单因素直角切削试验,对硬质合金刀具切削铝合金7050-T7451加工过程中形成的已加工表面残余应力进行了研究。使用X射线衍射应力测试技术对残余应力进行测量,得到了不同切削参数对应的残余应力值。通过考虑刃口半径的存在,阐述了已加工表面残余拉应力和压应力的产生机理,同时分析了切削速度、切削深度等参数对残余应力值的影响规律。     

铝合金7475已加工表面残余应力的数值模拟

为了揭示铝合金材料已加工表面残余应力的分布规律,建立了三维有限元模型对铝合金材料7475的切削加工过程进行了数值模拟,获得了铝合金材料7475已加工残余应力的分布规律,同时也研究了不同切削深度对已加工表面残余应力的影响规律。模拟结果表明：已加工表面层残余应力为拉应力,沿深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力;而切削深度对铝合金7475已加工表面残余应力的影响较小。     

超声振动加工7075-T6铝合金应力场数值模拟

由于铝合金属于难加工材料,采用普通机械加工难以达到预期效果。采用超声振动加工方法车削7075-T6铝合金试件应力场的变化。仿真结果表明:在Y方向,超声振动频率在10k Hz时,振幅12μm切削区域等效应力最大,振幅10μm等效应力次之,振幅8μm等效应力最小。而频率为40k Hz时等效应力正好相反。随着振动频率增加,切削力先减小后增大;在X方向,当振幅分别为10μm、12μm时,随振动频率升高,试件加工区应力先减小后增大,而振幅为8μm时,应力逐渐增大。当频率超过40k Hz后,其工件表面的应力场不受振幅影响且均呈下降趋势。超声振动频率控制在20-40k Hz范围内,振幅对切削力影响最小。随着振幅的增加,切削力先减小后增加。超声振动加工方法能有效地改善铝合金加工性能。     

润滑方式对7075铝合金车削表面耐腐蚀的影响

7075高强度铝合金经常在大气环境中应用,极易发生腐蚀。7075铝合金零件配合表面需要经过切削加工而成形,其机械加工一般都是在干切削和微量润滑(Minimum Quantity Lubricant,MQL)条件下进行的。为了揭示出润滑条件对7075铝合金加工面耐腐蚀性的影响规律,进行了切削和腐蚀单因素实验。在不同的切削速度和进给量下,对直径30 mm的7075铝合金棒料,进行干车削和MQL车削加工,然后对样件进行3个周期的盐雾试验,每个周期72 h。观察其腐蚀表面形貌,统计出腐蚀面积、蚀坑数量、腐蚀损伤平均深度和腐蚀损伤度DOP等特征参数,揭示出7075铝合金在不同润滑条件下车削表面的腐蚀规律。     

2024-T351铝合金喷丸残余应力松弛模型研究

喷丸引入的残余压应力场可以有效地提高构件的疲劳性能,但残余压应力会随着循环周期而发生松弛,进而降低残余压应力对疲劳性能的增益效果,因此深入研究残余应力松弛规律,有助于更加准确的掌握其对疲劳性能的影响.为了系统性地研究残余应力松弛规律,以2024-T351铝合金标准试件为研究对象,综合考虑应力幅、载荷条件和喷丸引起冷作硬化程度的改变对残余应力的影响,根据理论构建残余应力松弛模型.通过拉伸疲劳试验,基于全寿命试验数据和阶段性试验数据对松弛模型进行验证,证明了模型的有效性.     

7075铝合金铣削参数优化仿真研究

为了研究不同铣削参数对7075铝合金铣削过程中铣削力和铣削温度的影响,进行铣削参数优化。采用仿真与试验验证结合的方法,利用有限元建立2D铣削仿真模型,研究铣削过程中铣削力和铣削温度的变化,并在相同的切削条件下进行铣削试验测量铣削力,通过正交试验和单因素试验进行铣削参数优化。结果表明,有限元仿真结果与试验结果数据相近,验证了有限元模型的准确性,通过正交试验选出最优的铣削工艺参数为主轴转速6000r/min、每齿进给量0.05mm/z、铣削宽度2mm、铣削深度0.5mm;铣削7075铝合金时,在不影响生产的条件下,应采用较高的主轴转速,较低的进给量、铣削深度和铣削宽度,铣削温度随每齿进给量、主轴转速和铣削宽度升高而变大,铣削深度对铣削温度的影响极小。     

航空铝合金7050-T7451毛坯初始残余应力测试

为提高裂纹柔度法测试铝合金预拉伸板材毛坯初始残余应力的测试效率和测试精度,从应变采集精度和柔度函数计算效率等方面展开研究,采用基于ABAQUS有限元软件Load Case功能对柔度函数的算法进行了优化。对铝合金预拉伸板7050-T7451的毛坯初始残余应力进行了测试,建立了裂纹柔度法残余应力高效、高精度测量的测试规程,给出了突发状况应对机制。结果表明:柔度函数的计算效率得到显著提升,获得了该板材轧制方向和横向方向的残余应力均呈明显"M型曲线"的分布规律。     

航空铝合金7075-T7451薄壁件铣削加工模拟及变形预测

在考虑刀具变形、工件及刀具材料性能参数的基础上,建立了三维斜角切削力有限元模型,利用有限元分析软件ABAQUS6.8对航空铝合金7075-T7451材料进行了铣削仿真模拟,获得了切削力、工件变形情况、上层材料对下层材料切削力的影响、切屑形状与大小等规律。其次,针对航空铝合金7075-T7451材料铣削过程进行了切削试验,结果表明所提出的切削力有限元模型具有可行性,可以有效地预测薄壁件的铣削加工变形。     

椭圆振动辅助车削7075铝合金表面微织构及其特性

为研究椭圆振动车削技术辅助微织构制备的工艺及其加工后微表面特性,采用椭圆振动原理和微织构的形成原理分析了不同转速和进给速度下的微织构变化规律,进行椭圆振动轨迹测量试验和椭圆振动车削试验,分析了装置振动轨迹、表面形貌、单个微织构几何尺寸及表面粗糙度变化情况。试验结果表明,在切削试验过程中,相比传统车削,由于车刀的空间椭圆运动轨迹,超声椭圆振动车削后表面呈现类椭圆状的微织构凹槽。由理论分析和试验结果得出,随着转速和进给速度的改变,微织构凹槽的几何尺寸、轮廓高度及表面粗糙度均会发生规律性变化。     

基于均匀设计的车削表面残余应力试验

为了探索难加工材料奥氏体不锈钢车削表面残余应力与切削参数的相关性,作者引入伪变量表达冷却降温切削条件,用均匀设计法设计含定性因素混合水平的车削表面残余应力试验方案,在干式、环保型湿式和低温冷风微油雾三种冷却降温条件下进行了车削试验,用X射线应力测定仪检测出已加工表面残余应力。在三种清洁切削条件下,以切削速度、进给量、切削深度、刀尖半径为自变量,用最优回归子集法建立了奥氏体不锈钢车削表面残余应力模型,回归效果非常明显,因变量与自变量密切相关。表面残余应力研究对保证表面完整性,提高精密机械加工水平具有现实指导意义。