电解加工小孔方案优化及实验研究

小孔法是工程中残余应力测量最常用的方法,传统机械加工小孔会引入塑性变形与附加应力,影响测量结果的准确性.采用无应力产生的电解加工方法进行小孔加工在残余应力测试方面具有显著优势.利用不受加工结构限制的3D打印技术制造中空循环电极,搭建动液电解加工小孔装置;利用Fluent软件进行流场仿真,以电解加工表面电解液流速大小和流场均匀性为评价标准,优化中空循环电极内部流道结构;根据流场与电场仿真结果表明中空循环电极环形隔板壁角β对电解加工精度有较大影响.以纯铁(DT4E)为实验材料,进行不同壁角β下电解加工小孔实验,壁角β为60°时小孔孔形最佳.     

管电极电解加工铝合金非均匀残余应力的测量研究

设计了一种可以精确控制制孔深度的管电极电解加工制孔的装置，采用逐层钻孔的方法测量铝合金沿深度方向的残余应力。以2B06铝合金为研究对象，采用质量分数为5%的NaCl溶液作为电解液，通过试验得到最优的电解加工参数组合为：管电极的进给速度2.5mm/min,初始加工间隙2.0mm,恒电流0.5A。采用5层钻孔法，制孔的步进深度为0.05mm,利用应变仪采用机械钻孔法测量了不同层深的残余应力，并与电解法测量的残余应力进行对比，平均差值接近15%。使用XRD衍射仪结合剥层法测量了铝合金残余应力，以衍射法的测量结果为基准，电解法测量的相对误差接近10%,机械法误差较大。验证了管电极电解加工的小孔法测量残余应力的可行性。     

面向应力剥层测量的铝合金电解工艺研究

X射线衍射法可以无损测量表面残余应力,但需要结合剥层法才能测量材料一定深度上的残余应力。设计了一种电化学剥层的装置,采用NaCl溶液作为电解液,可以对金属平面小区域进行材料去除,电解深度可精确控制。以铝合金材料为例,试验优选出电解加工参数电流密度为23.87A/cm~2和电解液流量为1200cm~3/min。通过对数据拟合曲线进行优化处理,标定了实际深度蚀除速度约为7.42μm/s。对铣削铝合金板进行表层残余应力测量,测量结果符合一般铣削铝合金残余应力分布规律。     

镍基高温合金 GH4169电解加工残余应力研究

针对镍基高温合金GH4169材料开展电解加工试验,确定试件在不同电流密度下的材料溶解速度;开展不同深度下的电解加工试验,每溶解10 μm左右的深度,测量残余应力,确定GH4169磨削件的残余应力层深度约为50 μm.为了避免磨削应力层对结果的影响,确定电解加工深度约为180 μm,开展不同电流密度的电解加工试验.检测分析表明,不同电流密度下的试件表面残余应力σx从-405 MPa～-778 MPa下降到-65 MPa～103 MPa.     

阵列群小孔活动模板电解加工技术研究

针对航空发动机阵列群小孔薄板零件,提出了活动模板电解加工方法。介绍了活动模板电解加工的原理和工艺过程。研究了电解液类型、电解液压力、电压占空比等参数对群孔加工品质的影响,研究表明:采用10%w.t.NaNO3,10%w.t.NaCl混合溶液,低电压占空比,合适的电解液压力可以获得表面品质完好、尺寸精度高的阵列群小孔。     

小孔法测量残余应力时孔边塑性应变的有限元分析及修正

小孔法测量高残余应力时,小孔周围材料接近于屈服状态,由于产生塑性变形而引入塑性附加应变,使得测量结果产生很大的误差。研究了应变释放系数与主应力之间的双轴比、主应力方向与应变花方向夹角以及应力水平之间的关系,通过有限元数值试验的方法对应变释放系数进行标定,使其包含有塑性附加应变的影响,并利用标定后的应变释放系数对焊接残余应力测量结果进行了修正,得到了较好的结果。     

用逐层钻孔的小孔法测量非均匀残余应力

针对传统的小孔法只能测量试件内沿深度方向均匀分布的残余应力,采用逐层钻孔的小孔法测量试件中的非均匀残余应力,通过有限元法标定计算校准系数矩阵,构建了一种实用的非均匀应力测试技术。首先,用ANSYS软件构造试件和应变花粘贴的三维有限元模型,采用分层加载的办法实现各层校准系数的仿真计算,标定计算出钻孔深度达到h=0.5D使应力完全释放时,用5步逐层钻孔法构造5层不均匀应力所需的校准系数矩阵;然后,利用标定出的校准系数矩阵,采用5步逐层钻孔的实验方法,测量构建Cr12MoV淬火件的5层非均匀残余应力,并与传统的小孔法进行测试比对。结果表明：用有限元仿真的方法可以模拟试件中的非均匀残余应力场,用于标定计算测量所需的校准系数矩阵;通过5步逐层钻孔实验测量,可以构建出Cr12MoV淬火件的5层不均匀残余应力。     

旋转超声电解复合加工小孔的仿真加工

为研究旋转超声电解复合加工小孔的成型过程,进行了旋转超声电解复合加工小孔试验,得到了不同加工时间孔的截面,并根据试验参数,进行了基于ANSYS的二维仿真加工和三维仿真加工。对小孔的入口直径、底面直径和加工深度进行了对比分析,结果表明由于三维仿真加工中采用了管电极,并考虑了电解加工中阴极超声高频振动对电解液电导率的影响,故其仿真结果更加接近试验值,间接证明了旋转超声电解复合加工小孔三维仿真加工的可靠性,展示了不同时刻的三维加工型腔,为旋转超声电解复合加工的成型过程和成型规律的研究提供了参考。     

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。     

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。     

不同电火花加工条件下Cr12MoV钢的表面残余应力

利用X-350型X射线残余应力分析仪和DJP-2型电解抛光仪逐层去除的方法,在不同的加工条件下,分别实测了模具制造过程中常使用的冷作模具钢(Cr12MoV)电火花加工表面的残余应力,结果表明,表面残余应力的产生和控制主要取决于加工电规准、工件材料、热处理、工具电极材料和加工液等,加工后的表面残余应力可采用高温回火热处理来消除.但回火温度不要超过电火花加工前的最高回火温度,否则,材料表面硬度降低.     

旋转超声电解复合加工小孔流场仿真

为解决电解加工深小孔中电解液难以进入加工区和电解产物难以排出的问题,构建了内喷式旋转超声电解复合加工装置,进行了电解加工、旋转电解加工和旋转超声电解复合加工小孔的对比试验。试验结果表明,阴极旋转能明显提高孔的圆度,旋转超声电解复合加工具有最大的平均加工电流,所加工孔的直径、深度都为三者中最大,表明其材料去除率是最大的。在此基础上,利用有限元ANSYS CFX软件,建立了气液两相流三维气穴模型,分析了阴极旋转和阴极高频振动对电解加工流场、电场的影响。仿真结果表明：阴极旋转使得气泡在阴极表面聚集,不利于气泡的排出,阴极振动加速了电解液的运动,有利于气泡的排出,因此具有最大的材料去除率。     

基于NaNO_3电解液的TC4薄板阵列群孔电解加工研究

以NaNO3溶液为电解液,利用掩模电解加工原理,采用大功率脉冲电源进行实验。选择电源占空比、脉冲频率、加工电压、电解液温度4个主要参数进行研究,讨论了在以NaNO3溶液为电解液的情况下,不同的加工参数对加工阵列小孔锥度的影响。实验结果表明,采用NaNO3溶液为电解液,选用适当的电源参数和电解液温度,加工的阵列小孔能够达到较低的锥度,且孔径大小和公差均在设计要求范围内,可用于批量生产加工。     

直齿轮成形磨削齿面残余应力计算与实验验证

磨削加工齿轮的残余应力状态对齿轮使役性能有较大影响,磨削后齿面的表面残余应力准确预测与计算是齿轮抗疲劳制造的重要内容。基于成形磨削运动分析及热力耦合有限元仿真计算方法,提出了齿轮成形磨削加工齿面残余应力计算方法。开展成形磨削实验,测量磨削后齿面的残余应力,对比分析残余应力实验测量值与有限元计算值,分析了磨削加工参数与残余应力的关联规律。结果表明,提出的成形磨削齿面残余应力计算方法得到的计算值与实验测试结果具有较好的一致性;在成形磨削中,砂轮进给深度越大,齿面残余拉应力越小。     

钛合金TB6铣削表面残余应力研究

钛合金TB6铣削加工表面残余应力对其使用性能可产生较大影响。试验研究了铣削参数,干铣削、冷铣削,刀具磨损等对表面残余应力的影响规律以及残余应力深度分析。结果表明,铣削速度和进给量对残余压应力影响明显,铣削深度对残余压应力影响小;干铣削表面表现为残余拉应力,残余拉应力随速度增大而增大,冷铣削表面表现为残余压应力,残余压应力随速度增大而减小;刀具磨损量对表面残余应力会产生较大的影响,随着刀具磨损量的增加,残余压应力逐渐增大;冷铣削导致的残余应力深度为20～30μm,干铣削导致的残余应力深度为30～40μm,刀具磨损量VB=0.18mm时铣削导致的残余应力深度50μm,最大残余应力值均出现在表面或者表面以下10μm内,残余应力沿深度方向分布大致呈"勺"型。研究结果对钛合金TB6铣削加工表面残余应力控制具有实用价值。     

高速磨削18CrNiMo7-6齿轮钢对残余应力的影响

18CrNiMo7-6以其良好的力学性能和加工性能,被广泛作为高速重载齿轮领域的材料。18CrNiMo7-6齿轮钢经过渗碳淬火处理后,采用高速磨削工艺及陶瓷CBN砂轮对材料表面进行磨削,使用X射线衍射仪测量其表面残余应力,通过本试验为提高此种材料的表面完整性提供了试验依据。试验中,以单因素试验法研究磨削用量(砂轮线速度、工作台速度和切削深度)对材料表面残余应力的影响。结果表明:砂轮线速度对残余应力的影响最大,工作台速度次之,切削深度影响不明确;垂直于磨削方向的残余应力绝对值大于沿磨削方向。     

纯铜车削加工残余应力的仿真及试验研究

针对纯铜材料的车削加工,基于AdvantEdge建立三维切削有限元模型开展加工残余应力仿真,并通过XRD结合电解剥层的方式开展应力测试对模型进行验证,结果表明该模型能够对纯铜车削加工残余应力实现有效预测,在此基础上采用该模型探究了不同切削速度、进给量及切削深度下加工残余应力的演化规律.     

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。     

旋转超声电解复合加工三维流场仿真

单因素试验表明在相同加工条件下旋转超声电解复合加工小孔效率优于旋转电解加工小孔,为研究阴极旋转和高频振动对旋转超声电解复合加工流场的影响,基于有限元ANSYS CFX软件建立了旋转超声电解复合加工流场仿真模型,分析了阴极旋转和阴极高频振动下加工间隙内的流场变化。分析结果表明:阴极旋转使得电解液绕流,对电解液速度、压力影响较小,而阴极高频振动使得加工区发生抽吸,加速了电解液的流动,使得加工区内电解液压力波动变化,有利于电解液的更新与电解产物的排出。     

临界折射纵波探头声束特性的边界元分析与测量

与其他超声应力测量方法相比,临界折射纵波(LCR波)方法对应力场敏感,受材料组织结构效应影响小,在材料表面或近表面残余应力无损测量中具有突出的优势.本文应用边界元方法对LCR波探头发射的临界折射纵波的传播特性和声束特性进行分析并进行了实验测量.建立了IIW试块圆弧反射部分的三维边界元模型.通过数值分析,清楚显示了LCR波在IIW试块中的传播过程,给出了LCR波探头的主声束指向特性.计算结果为有关LCR波应力测量中声波能量有效渗透深度和能量层厚度的确定提供了理论依据.利用IIW试块实验测量了LCR波探头的声束特性,实验测量与数值分析结果符合得很好.本文的研究结果对研究厚板材料内部切向残余应力的LCR波测量方法具有指导意义.