纳米ZrO2陶瓷超声振动磨削表面残余应力试验研究

采用超声振动磨削和普通磨削方式,利用X射线衍射分析仪,对纳米氧化锆陶瓷表面残余应力进行了研究.实验结果表明,纳米氧化锆陶瓷磨削表面产生的残余应力都表现为压应力;随着磨削深度的增加,超声振动磨削表面残余应力减小趋势较缓;磨削表面残余应力随着磨粒的增大呈上升趋势,且普通磨削表面残余应力上升的趋势较超声振动磨削的要快.     

单颗磨粒高速磨削Ti6 Al4 V仿真与试验验证

基于ABAQUS有限元仿真方法,采用Johnson-Cook材料本构模型模拟了不同磨粒负前角下Ti6Al4V高速磨削时的磨屑形态、磨屑剪切角和磨削力的变化趋势。结果表明:随着磨粒负前角的增加,磨屑剪切滑移程度增大、磨屑厚度增加且趋于扁平状;磨屑初始剪切角不断增加,随后磨屑剪切角在一定范围内波动,随着磨粒负前角的增大,剪切角不断减小;磨削力随着负前角的增大周期性波动变得更加显著,且随着磨粒负前角的增加而不断增加;仿真得到的磨屑形态和磨削力与试验具有较好的一致性。     

超声振动辅助磨削GCr15轴承钢的表面残余应力

对GCr15轴承钢进行了超声振动辅助磨削和未施加超声振动的普通磨削,测试了磨削表面的残余应力,研究了超声振动以及进给深度(5～30μm)和砂轮线速度(2～12m·s-1)对表面残余应力的影响。结果表明:两种方式磨削后的表面均形成了残余压应力,且超声振动辅助磨削的表面残余压应力较大;随着进给深度的增大或砂轮线速度的减小,两种方式磨削加工后的表面残余压应力总体上均呈增大趋势;随着砂轮线速度的增大,施加超声振动前后表面残余压应力的差值减小,说明超声振动对表面残余压应力的提高作用减弱。     

切向超声振动辅助成形磨削齿轮的切削系数建模与试验研究

通过对磨粒-工件的运动特性分析,研究了切向齿轮超声成形磨削过程中分离加工机理,建立了超声振动作用下磨粒-工件的切削系数模型,得到了加工参数(砂轮速度、进给速度、超声频率和超声振幅)对切削系数的影响规律。针对切向齿轮超声成形磨削分离加工的特点,进行了齿轮超声成形磨削和普通磨削加工试验,获得不同加工参数对磨削力、磨削温度、残余应力和表面粗糙度的影响规律,并对磨削后表面的微观组织进行分析。试验结果表明：与普通磨削相比,在超声磨削过程中,磨削力、磨削温度和表面粗糙度在一定程度上得到有效的降低。三者的降低幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而减小,磨削力、磨削温度的降低幅度随着超声振幅的增加而增大,而表面粗糙度的降低幅度随着超声振幅的增加呈先增加后减小的趋势;同时,齿面的残余压应力得到提高,其增加幅度随着砂轮转速、进给速度的增加而降低,随着超声振幅的增加而增大。此外,超声磨削可以显著改善齿面的纹理状态和表层的显微组织,并实现晶粒的细化。     

超声振动铣削加工Ti6Al4V的表面残余应力研究

建立了包含振动铣削、移除铣刀、载荷释放及降温等多个分析步的超声振动铣削三维有限元模型,对铣削表面的残余应力进行了仿真。通过有限元计算,得到了不同振动参数和铣削用量条件下加工表面的残余应力大小与分布情况,并根据振动切削表面残余应力的影响机制对仿真结果进行了分析。研究结果表明,对工件施加超声振动后,切削表面残余拉应力值明显减小;振动参数和铣削速度对残余应力的影响较大,而进给量对残余应力的影响较小,并通过相关实验验证了有限元仿真结果的正确性。     

超硬涂层磨削工艺实验研究

针对核主泵关键部件材料镍基碳化钨涂层,采用三种磨粒粒度金刚石砂轮进行平面磨削试验,研究工艺参数、磨粒粒度对涂层材料磨削力、表面粗糙度和表面残余应力的影响规律。实验结果表明:不同粒度砂轮磨削时,随着磨削深度和工件进给速度增加,法向磨削力和切向磨削力均逐渐增大,表面粗糙度值呈现先增大、后减小再增大的趋势,平行和垂直磨削方向的表面残余压应力逐渐增大,且垂直磨削方向应力值更大。综合考虑磨削力、表面粗糙度、磨削表面残余应力和磨削加工效率,600目砂轮具有较好的加工效果,其对应的优化磨削参数为:磨削深度为10μm,工件进给速度为8 m/min。     

超声振动切削铝合金表面残余应力的有限元仿真

针对航空铝合金结构件加工的表面质量问题,利用有限元软件ABAQUS建立了基于Johnson-Cook本构的铝合金7050-T7451二维正交热力耦合模型。在相同的切削参数下,比较了传统切削、横向(即切削方向)振动切削和纵向(即轴向)振动切削加工的表面层残余应力,并研究了超声振动切削参数、振动频率、振动幅值下,对残余应力的影响规律;通过引用相关文献残余应力的实验数据,验证了仿真模型的正确性。研究结果表明:3种切削方式的表面残余应力均为压应力,沿深度方向向残余拉应力过渡,并且振动切削可以明显提高工件表面的残余压应力;表面残余压应力随切削速度和切深的提高而减小,表面残余压应力随着振幅或频率的增大而逐渐增大。     

单磨粒磨削对表面残余应力影响的仿真分析

通过分析单磨粒仿真模型中磨削参数对材料表面残余应力的影响,得到使材料表面残余应力稳定性更好的磨削参数值,针对Ti6Al4V合金建立热—力耦合的单磨粒平面仿真模型。单磨粒磨削深度取相应磨粒刃圆半径大小相近的数值,并得到两组使表面残余应力数值稳定性较好的磨削参数值:一组是圆锥角θ=60°、刃圆半径r=10μm的磨粒,磨削后的残余应力约为100MPa;另一组是圆锥角θ=60°、刃圆半径r=1μm的磨粒,单磨粒磨削后的残余应力约为400MPa。分析发现:磨削温度的热软化效应会使残余应力的数值降低;单磨粒圆锥角对材料表面残余应力的影响比刃圆半径的更加显著。     

基于SPH方法的磨削机理仿真研究

采用光滑粒子流体动力学(SPH)法对单颗粒磨粒磨削过程进行了数值仿真.从工件材料的应力分布和变形情况以及切屑的形成情况对不同磨削深度和磨粒负前角下的仿真结果进行了分析.结果显示:基于SPH法的磨削仿真可以很好地解释磨削过程中工件材料的弹塑性变形行为和切屑的形成情况；在磨削过程中存在着一个刚好产生切屑的临界磨削深度；仿真中不同磨削深度下比磨削能的变化与磨削过程中的尺寸效应现象一致；随着磨粒负前角的增大,挤压作用增强而切削作用减弱,磨粒的挤压作用对工件表面质量具有重要影响.     

超声辅助磨削后纳米ZrO_2陶瓷的表面残余应力

在自行研制的二维超声辅助磨削系统下对纳米ZrO2陶瓷进行了磨削加工,采用X射线衍射仪对其表面残余应力进行了测试,研究了磨削参数对其残余应力的影响,并与普通磨削后的表面残余应力进行了比较。结果表明:两种磨削方式下表面残余应力皆为压应力,且随着磨削深度的增大,两种磨削方式下表面残余应力均呈现出减小趋势,但超声辅助磨削后表面残余压应力的减小趋势较普通的缓慢;相同条件下,超声辅助磨削后表面残余压应力大于普通磨削的;其他参数不变,随着砂轮磨料尺寸的增大,两种磨削方式的表面残余压应力都呈上升趋势。     

陶瓷磨削残余应力对表面性能的影响

陶瓷零件的磨削表面必然要附加一层残余压应力 ,其对零件的使用性能影响较大。本文主要针对陶瓷材料磨削表面残余应力对疲劳磨损和表面硬度的影响进行实验研究。试验结果表明 :与金属材料相比 ,Zr O2 陶瓷材料的磨削残余应力对零件的摩擦磨损性能的影响要小得多。磨削、研磨及加热三个试件组的磨损量随摩擦时间呈现一定的变化规律。残余拉应力在一定程度上加速陶瓷零件的磨损 ,残余压应力可适当减缓陶瓷零件的磨损 ,其数值变化对零件性能的影响很小。随着残余压应力值的增加 ,表面硬度值也在逐渐增加 ,当残余压应力增加到一定值后表面硬度值开始下降。     

负前角磨粒磨削过程磨屑形成的有限元仿真分析

磨削过程是由成千上万个磨粒的微小切刃完成的,实验观察和分析磨削过程十分困难.运用有限元法对负前角磨粒的磨削过程进行仿真,分析负前角磨粒磨削时的成屑机理,并将各仿真结果进行比较分析.结果显示,磨粒以小负前角和大负前角磨削时的成屑机理并不相同,与小负前角相比,大负前角磨削时,剪应变、最大等效塑性应变和模型应变能都较大;与前角为正和小负前角时最高温度出现在前刀面上距刀尖一定距离处不同,大负前角时最高温度出现在刀尖和工件接触处.所得结果可为砂轮修整、磨削表面质量研究提供理论依据.     

超细硬质合金磨削残余应力仿真与实验研究

本文进行了金刚石砂轮平面磨削超细硬质合金残余应力有限元仿真,通过ANSYS软件中的APDL参数设计语言,完成了对超细硬质合金材料建模、网格划分、加载、求解的整个过程,并对超细硬质合金磨削表面残余应力进行了实验论证,得出了不同磨削参数下的磨削残余应力值,对比了不同目数砂轮和不同WC晶粒硬质合金在同一磨削参数下的残余应力值。研究发现,目数小的砂轮磨削时产生的残余应力值要大,WC晶粒度越小,磨削的残余应力值越大。结果表明,实验结果与有限元模拟大致相同。     

纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值分析

为研究平面试件在纵-扭复合振动超声深滚加工后材料应力分布及变化规律,采用有限元方法对Q345钢进行了纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值模拟。首先分析了加工后试件材料各应力分量沿深度方向的分布情况,然后研究了静压力、滚压速度、振幅和相位差对加工后材料残余应力的影响规律。结果表明:经纵-扭复合振动超声深滚加工后材料表层残余应力分布较均匀,表面为压应力,压应力沿试件深度方向先增后减;试件最大残余压应力及最大横向残余压应力深度和残余压应力层深度随静压力的增大而增大,随滚压速度的增大而减小,而表面残余压应力和最大纵向残余压应力深度无显著变化;试件横向残余压应力层深度随振幅的增加小幅度地增大,但最大残余压应力幅值和深度和纵向残余压应力层深度几无变化;相位差对残余应力影响可忽略不计。     

超声辅助磨削碳化硅陶瓷的工具磨损试验研究

为探究超声辅助磨削过程中不同工具的磨损特征,采用电镀和钎焊两种金刚石磨头对碳化硅陶瓷进行了超声辅助磨削和普通磨削对比试验,研究了超声振动作用、工具类型对磨粒磨损形式及其变化过程的影响,在此基础上分析了磨粒磨损形式对工件表面质量的影响.试验结果表明:对于电镀磨头,普通磨削和超声辅助磨削过程中的磨粒磨损形式均以磨耗磨损和宏观破碎为主,超声振动作用可有效改善加工表面质量;而对于钎焊磨头,普通磨削的磨粒磨损形式主要是磨耗磨损和宏观破碎,超声辅助磨削的磨粒磨损形式主要是磨耗磨损和微破碎,初始阶段超声振动作用可改善表面质量,但随着磨削行程的增加,微破碎形式的占比增高,超声辅助磨削时的工件表面粗糙度值高于普通磨削时的工件表面粗糙度值.     

预应力砂带磨削钛合金表面完整性的试验研究

为了提高钛合金加工表面的抗疲劳性和抗腐蚀性,基于预应力砂带磨削原理,进行不同预应力条件(0、100 MPa和200 MPa)下的钛合金砂带磨削试验。通过检测、分析不同预应力条件下磨削后工件的表面完整性,获得不同预应力对工件表面残余应力、粗糙度、硬度及表面形貌的影响规律;并在砂带磨粒模型的基础上,揭示预应力砂带磨削对残余应力和表面形貌的作用机理。结果表明:在材料的弹性范围内施加预应力并进行磨削能够主动加强工件表面的残余压应力状态;随着预应力的增加,残余压应力的大小呈现逐渐递增的趋势;预应力砂带磨削对表面硬度的影响甚小,且在一定范围内不随预应力的变化而变化;采用预应力砂带磨削能够得到较好的表面形貌,但会使粗糙度有微量增加。     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用Johnson- Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热-机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律.结果表明:已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力.表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小.各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小.     

纵扭超声铣削残余应力三维有限元仿真与试验

针对钛合金等航空难加工材料,提出采用纵扭复合超声振动辅助铣削的加工方法以实现压应力抗疲劳制造。根据侧铣-顺铣加工特性,基于热力耦合作用建立了钛合金铣削等效三维有限元仿真模型,有效提高了计算效率,实现了刀具作为载体的纵扭超声振动仿真。根据铣削残余应力的形成机理,通过机械应力和热应力的加载-释放,完成了加工残余应力的仿真。利用所建立的有限元模型,从切削力、切削温度以及加工残余应力角度出发,对比分析了传统铣削和纵扭超声铣削的差异性,得出纵扭超声振动能够有效降低切削力和切削温度,增大表面压应力值和压应力层深度。通过试验对纵扭超声铣削等效模型进行了验证,结果表明所建立的三维有限元模型能够以较高的精度对切削力、切削温度和加工残余应力进行预测;进一步通过数值模拟研究了刀具几何参数以及超声表征参数对加工残余应力的影响规律,为实现钛合金的压应力制造奠定了基础。     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用JobnSOn—Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热一机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律。结果表明：已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力。表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小。各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小。     

基于ABAQUS的单颗磨粒磨削GH4169高温合金有限元分析

通过建立单颗磨粒磨削模型,采用ABAQUS软件对GH4169高温合金的磨削过程进行有限元仿真,探究单颗磨粒在不同参数下对GH4169高温合金工件磨削过程的影响。研究表明：磨粒从切入工件后到切出工件前,磨削力稳定波动,且与磨粒前角和磨削深度显著相关,切向磨削力随着磨粒前角增大而显著减小,随着磨削深度的增大而显著增大;最高磨削温度出现在磨粒切入工件的时刻,且与磨粒前角、磨削深度和磨削速度相关;磨粒前角对磨屑的形状影响显著,磨粒前角越大,磨屑越难排出,磨削速度对磨屑的形状影响较小,磨削深度影响磨屑的厚度和长度。