滚轮滚挤压过程的有限元建模与分析

在试验研究的基础上,通过非线性有限元软件MSC.Marc采用Johnson-Cook流动应力模型对滚轮滚挤压45号钢进行了二维有限元数值模拟,从微观角度了解滚轮滚挤压变形机理并得出在特定条件下滚轮滚挤压后工件表面的残余应力分布;从车削残余应力的角度分析了车削加工对滚挤压效果的影响.模拟结果表明工件最表层的车削拉伸残余应力在滚挤压后转变成了高数值压缩残余应力,它延缓了零件表层疲劳裂纹的萌生和扩展,说明滚挤压过程能极大地改善零件性能.     

激光冲击强化效果的无损检测

激光冲击强化技术(又称激光喷丸)是利用强脉冲激光产生的压力冲击波在金属材料表层产生应变硬化的一种新型表面强化技术.激光冲击强化后的工件必须进行检验,在实际工程应用中,由于强化处理后的工件常常不可能再进行破坏性实验来检验强化效果,因而进行合理的激光冲击强化效果的无损检测是激光冲击技术工程应用的关键.本文提出了用残余应力、表面粗糙度、显微硬度等来检验激光冲击强化的效果,并用实例加以验证.     

TC4钛合金激光冲击强化与喷丸强化的残余应力模拟分析

目的 通过对激光冲击强化和喷丸强化后的试样进行残余应力测试分析,得出两种工艺在残余应力形成机理、残余应力层深以及残余应力均匀性等方面的差异.方法 一方面采用有限元方法 模拟激光冲击强化及喷丸强化的过程,将材料在两种强化冲击下的响应进行对比,研究残余应力的形成过程,并对残余应力场的分布规律进行总结分析.另一方面,分别用两种强化技术处理TC4钛合金的表面,并用剥层X射线衍射实验测试材料表层的残余应力.最后将实验结果 与测试结果 进行对比,验证有限元模拟的有效性.结果 当这两种强化效果产生-500 MPa的表面平均残余应力时,激光冲击强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度可达0.6 mm以上,而喷丸强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度只有0.15 mm左右.结论 由于诱发材料塑性变形的机制不同,激光冲击强化往往能获得比喷丸强化更好的残余压应力深度,同时激光冲击强化的材料的表面残余应力分布也比喷丸强化的材料更均匀.     

随焊冲击碾压整形对低匹配等承载接头硬度与残余应力的影响

随焊冲击碾压整形(weld shaping with trailing impact rolling,WSTIR)是一种能够降低应力变形、提高承载能力的随焊整形新方法.分别对原始焊态的低匹配等承载接头与随焊冲击碾压整形的低匹配等承载接头进行了硬度试验和残余应力试验.结果表明,随焊整形等承载接头焊缝表面、焊趾处表面的硬度显著高于原始焊态等承载接头的硬度,说明随焊冲击碾压整形对接头承载的关键区域有加工硬化的效果;随焊整形低匹配等承载接头各点的纵向和横向残余应力明显低于原始焊态等承载接头相应位置的纵向和横向残余应力,甚至在随焊整形接头的焊缝中心以及焊趾附近纵向均出现了残余压应力,残余压应力的引入必然能显著地提高低匹配接头承载能力.     

不锈钢波纹板冷弯成形有限元模拟研究

利用有限元模拟软件MSC. Marc,模拟研究了不锈钢波纹板冷弯成形过程,建立了冷弯成形有限元模型.对板材咬入过程进行分析,并通过上辊下压方法实现了板材的咬入;对工件典型节点的应力应变变化规律进行模拟,获得了典型节点的应力变化历程曲线和横向、纵向应变分布曲线.模拟结果表明:板料在两架次之间存在变形过渡区,过渡区内板材不...     

LD10铝合金随焊碾压工艺的有限元分析

焊接过程产生的焊接应力和变形,不仅影响焊接结构的制造过程,而且还影响焊接结构的使用性能。本文基于LD10铝合金薄板焊接构件的特点,利用有限元模拟软件Marc,综合考虑焊接热源、材料空气散热系数、焊接与冷却时间、碾压力等边界条件,建立了LD10工件的随焊碾压有限元模拟模型。通过模拟其焊接过程,对比了常规焊接和随焊碾压工艺条件下,薄板的残余应力与应变情况,比较不同的碾压参数下焊件的残余应力与应变,确定了碾压力及压下量对焊接残余应力的影响。在此基础上明确了随焊碾压控制焊接残余应力应变的力学机理。     

激光冲击强化改善2A12高强铝合金疲劳寿命的试验研究

采用激光冲击强化工艺对2A12铝合金试件进行表面处理,借助先进的测试方法分析试件表层显微硬度、残余应力与表面变形量的分布特点,并研究低应力下的高周疲劳寿命改善效果。结果表明,激光冲击强化可在试件表层引入较浅的显微硬度与残余应力影响层及较为显著的表面变形量,随激光能量增大则其影响程度增加且呈现出中心均匀边缘非均匀的特点。表层残余应力场是改善试件疲劳寿命的最主要因素。     

随焊冲击碾压减小应力变形防止热裂纹应变场分析

随焊冲击碾压法(weld with Trailing Impact Rolling，WTIR)是一种降低应力、减小变形防止热裂纹的新方法。文中分析了在前后冲击碾压轮作用下，焊缝金属塑性流动和应变场的变化规律，揭示了这种方法的机理。前轮周面内凹，迫使焊缝金属由焊趾处向焊缝中心流动，对处于脆性温度区间的焊缝金属施加一个横向挤压塑性应变，减小甚至抵消致裂的拉伸应变，防止了焊接热裂纹的产生。后轮缘稍向外凸，将焊缝金属冷却产生的压缩塑性变形充分碾开，减小了工件的应力和变形。试验结果表明，随焊冲击碾压能有效地防止焊接热裂纹的产生，将试件的纵向挠曲变形与横向收缩变形量控制到常规焊接状态的1／10和1／5左右，同时能将薄壁构件焊接残余应力控制到非常低的水平，甚至由拉应力状态转变为压应力状态，验证了应变场分析的正确性。     

激光拼焊焊缝碾压成型工艺研究

提出激光拼焊焊缝碾压预成形工艺来降低激光拼焊对板材边缘直线度的要求。该工艺是通过碾压轮使板材边缘发生塑性变形填补焊缝间隙。采用有限元方法对碾压过程进行有限元分析,通过数值模拟加部分试验验证的方法来分析碾压轮宽度、直径和碾压深度对碾压效果的影响。焊接结果表明,激光拼焊焊缝碾压预成形技术能有效消除焊前两板间间隙,提高焊接质量。     

复合小径喷丸强化对齿轮接触疲劳性能的影响

为研究复合小径喷丸强化对齿轮接触疲劳性能的影响，通过有限元模拟与喷丸强化试验相结合对复合小径喷丸强化效果进行分析，利用齿轮接触疲劳寿命试验验证复合小径喷丸齿轮的寿命提升效果。结果表明：相较于单次小径喷丸，复合小径喷丸能够获得更大的残余压应力，且表面粗糙度更小；随着喷丸强度和喷丸覆盖率的增大，残余压应力值均有所增大，且残余压应力最大值深度基本不变。通过喷丸强化试验，验证了喷丸有限元模型的合理性，且复合小径喷丸强化在齿轮表层引入高残余压应力和提升表面硬度的同时基本不改变粗糙度大小。齿轮接触疲劳寿命试验结果表明复合小径喷丸后齿轮副间的传动效率明显升高，疲劳寿命相当于未喷丸齿轮的2.38倍，寿命提升效果明显。     

表面残余应力影响因素和调控技术的研究进展

残余应力的存在在一定程度上影响了工件的疲劳寿命和抗腐蚀能力等,调控工件内部残余应力的分布在工程应用上具有很高的研究价值,合理调控应力能够有效抵抗工件表面的裂纹萌生,提高工件表面整体完整性。具体阐述了残余应力的概念和分类;分别从铣削、磨削和焊接角度归纳了传统加工过程中残余应力的产生机理及其对材料性能的影响;对相关残余应力检测技术的原理和优缺点进行论述;概述了残余应力有限元计算方法;综述了各种加工方法下,工艺参数对工件表面残余应力产生的影响;针对优化工艺参数调控残余应力无法满足工件的整体性能需求,归纳了时效法调控残余应力的机理;综述了能够进行应力调控的表面强化处理技术,包括机械作用下的孔挤压强化、超声振动磨削、喷丸工艺、超声滚压和激光冲击、能量外部输入下的高能声束调控技术、高能量密度脉冲电流和激光辐照应力调控技术。此外,针对单一表面强化处理技术调控残余应力的不足,概述了超声挤压-激光冲压、激光冲击-超声滚压以及激光冲击-喷丸等相关的复合表面强化工艺。最后,指出了表面强化处理技术处理复杂曲面,以及复合表面强化工艺是未来表面完整性加工的发展方向。     

三辊行星轧制运动和管坯变形规律的仿真模拟

应用弹塑性大变形有限元法,对连铸铜管坯三辊行星轧制过程进行了三维有限元模拟研究。通过坐标变换的方法建立了三辊行星轧制有限元模型,该模型考虑了轧辊的倾斜角β和偏转角α。模拟分析得出三辊行星轧制过程中管坯断面要经受一个由圆形到三角形再归到圆形的变形过程。得出在三辊行星轧制过程中起到主要作用的是三向压应力状态,有利于坯料的大变形和提高轧制管材性能。同时模拟分析得到三辊行星轧制过程中坯料质点的运动轨迹和相应规律。该模拟计算对探索复杂的三辊行星轧制规律具有重要意义。     

The modelling of the mechanics of deformation in flat rolling

Numerous mathematical models have been developed at Port Kembla Laboratories, BHP Research, to study the flat rolling processes. This paper discusses those models developed for the examination of the plastic deformation of the workpiece in the roll bite. Depending on the rolling regime, models of different complexities are required to predict accurately the strip and roll deformation in the roll gap. This paper covers models ranging from hot rolling to skin pass rolling, from very high reduction to extremely low reduction. Validation and applications of the models are also illustrated.     

微织构刀具对工件表面残余应力影响有限元分析

针对微织构刀具对切削工件表面残余应力的影响,设计不同尺寸的垂直槽和平行槽微织构,利用有限元仿真技术,模拟不同类型、不同尺寸微织构PCBN刀具干式车削GCr15试验。通过对有限元结果进行研究分析,得到已加工表面残余应力分布情况,并与无织构PCBN刀具对比,分析微织构对已加工表面残余应力的影响。有限元仿真结果表明:与无织构刀具切削工件表面获得拉应力相比,槽型织构刀具切削后的工件已加工表面呈现压应力,提高工件表层的耐磨损和耐疲劳性能;宽度50μm垂直槽和宽度40μm平行槽刀具切削得到的工件表面压应力最大,对工件表面应力分布影响最显著。     

Lubricity of volatile lubricants in sheet metal rolling

A series of experiments is carried out by using a rolling type tribometer to investigate the lubricity of the volatile lubricants at high speed forming. The roll material is the die steel alloy SKD11, and the workpiece material is the mild steel SPCE with a rough surface and the aluminum alloy A3004 with a smooth surface. Experimental results show that the friction coefficient decreases with increasing working velocity for both SPCE and A3004, in any lubricant. With an increase of reduction in thickness, the friction coefficient decreases for SPCE, but increases for A3004. Some volatile lubricants have the same lubricity as the generally used mineral oil with low-viscosity by judging from the value of friction coefficient, the surface appearance of rolled workpiece and the roll surface damage.     

超硬涂层材料滚动接触应力场数值模拟

分析研究了超硬涂层材料滚动接触的应力场，应用数值模拟技术和有限元分析软件ANSYS，以推力球轴承为研究对象建立超硬涂层材料滚动接触模型，分析材料特性对超硬涂层材料滚动接触应力场的影响。研究结果表明，最大剪切应力发生在涂层和基体结合处，同时基体内的应力也比单一材料时的应力大。     

超声滚压轴承套圈表面强化的研究综述

首先介绍了超声滚压的强化机理,通过位错的湮灭与产生将晶粒细化至纳米级,晶粒细化导致位错塞积、缠结,使晶间滑移阻力变大,增加材料变形抗力。进而综述了超声滚压工艺参数、表面完整性(表面形貌、残余应力及显微结构)对轴承套圈耐磨损性能与抗疲劳性能的影响规律。最后,针对单一超声强化的不足,指出了超声滚压复合强化技术的发展方向。声电耦合可增加表层材料塑性流动,愈合微裂纹;超声滚压细晶作用可增加晶界数量,为离子提供了扩散通道,增加了离子注入浓度与深度;超声振动引起的空化效应和力学效应使熔覆层元素更均匀,降低熔覆层孔隙率,复合强化对超声滚压强化效果有明显的提升作用,可进一步增强轴承套圈强化效果。     

全浮动芯棒连轧管机组轧件与芯棒速度及摩擦系数研究(下)

对宝山钢铁股份有限公司的全浮动芯棒连轧管机组各机架轧制压力、芯棒运动速度等一系列参数进行了综合测试,获得了轧件速度曲线,并探讨了轧件与芯棒速度之间的关系;分析了轧件与芯棒间的摩擦状态,并推算出两者间在各机架处的摩擦系数(为0.033～0.074),该系数沿轧制方向呈增大的趋势。以上结果为清楚认识连轧管过程中金属变形规律和芯棒摩擦作用机理提供了依据。     

全浮动芯棒连轧管机组轧件与芯棒速度及摩擦系数研究(上)

对宝山钢铁股份有限公司的全浮动芯棒连轧管机组各机架轧制压力、芯棒运动速度等一系列参数进行了综合测试,获得了轧件速度曲线,并探讨了轧件与芯棒速度之间的关系;分析了轧件与芯棒间的摩擦状态,并推算出两者间在各机架处的摩擦系数(为0.033～0.074),该系数沿轧制方向呈增大的趋势。以上结果为清楚认识连轧管过程中金属变形规律和芯棒摩擦作用机理提供了依据。     

基于PLC控制的湿式喷砂机研究与设计

针对传统干式喷砂粉尘污染严重、喷砂效果不均匀、生产效率低下等问题,设计一种基于PLC集中控制的湿式喷砂机。新型湿式喷砂机以压缩空气为驱动力,通过高速磨液射流的冲蚀磨削作用,实现强化工件表面、改善应力等工艺要求。通过CFD仿真优化了湿式喷砂机主要参数,通过方案改进解决了喷砂加工不均匀性问题,通过PLC控制器实现了喷砂加工自动控制问题。实际测试表明:经湿式喷砂后,粗糙度达到原有生产工艺要求,表面残余应力分布均匀一致,显著优于传统干式喷砂效果。湿式喷砂有效消除了传统干式喷砂存在的粉尘污染等问题,操作简单方便,运行稳定可靠,兼具操作便利和应用经济性等优势,可广泛应用于金属工件的表面强化与改性处理等方面,具有较高的应用推广价值。