基于正交实验和数据驱动的喷丸表面完整性参数预测

目的 探究喷丸工艺参数对18CrNiMo7-6滚子表面完整性的影响规律,得到喷丸工艺参数与表面完整性的映射关系,提高喷丸工艺的质量与效率.方法 运用Python语言对Abaqus进行二次开发,建立喷丸仿真的随机多弹丸模型并进行了试验验证.设计正交实验研究喷射角度、喷射速度、弹丸直径、覆盖率及弹丸类型对残余应力与表面粗糙度的影响规律,并用随机森林算法得到各个工艺参数对喷丸综合效果的重要度值.以喷射角度、喷射速度、弹丸直径、覆盖率、弹丸类型、距表面深度为输入,残余应力和表面粗糙度为输出,建立基于神经网络的喷丸表面完整性参数预测模型.结果 通过正交实验分析得到弹丸直径和喷射速度对表面粗糙度有显著影响.各个喷丸工艺参数对18CrNiMo7-6滚子的喷丸综合效果的重要度依次为:喷射角度0.249,喷射速度0.224,弹丸类型0.193,覆盖率0.173,弹丸直径0.161.在各个工艺参数范围内,较优的工艺参数组合为:喷射角度90°,喷射速度80 m/s,弹丸直径0.7 mm,覆盖率300％,弹丸材料为铸钢丸.基于神经网络的喷丸表面完整性参数预测模型的平均相对误差低于7％.结论 基于神经网络的喷丸表面完整性参数预测模型可以较准确地表示喷丸工艺参数与表面完整性参数之间的映射关系,能够为喷丸工艺提供相关参考.     

S30432钢表面喷丸残余应力场的分析

运用有限元软件ABAQUS建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型,预测了钢丸喷射所产生的残余应力场,分析了喷丸强度、弹丸尺寸对S30432不锈钢靶材残余应力分布的影响以及变化特征。计算结果表明,喷丸后靶材表面产生残余压应力层,在近表层产生最大残余应力峰,同时在次表层形成二次残余应力峰。在相同弹丸直径、不同喷丸速度下,靶材近表层产生的最大残余压应力峰位接近,次表层产生的残余压应力峰位随速度的增加而加深,但近表层最大残余压应力值随速度的增加而增大;在相同喷丸速度、不同弹丸直径的喷丸作用下,近表层产生的最大残余压应力值的大小相近,而次表层产生的残余压应力峰值随弹丸直径的增大而增加,残余压应力影响层深度随速度增加呈线性增加。     

基于DEM-FEM的微粒喷丸仿真分析

微粒喷丸作为一种新兴的喷丸工艺,由于工艺试验数据与仿真技术的缺失,其作用机理尚未探明。基于ABAQUS二次开发,采用离散元与有限元（DEM-FEM）相结合的方法,构建考虑初始残余应力与硬化层梯度的随机多弹丸微粒喷丸弹塑性模型,探究微粒喷丸的喷射速度与覆盖率对残余应力分布和表面粗糙度的影响规律。发现随着微粒喷丸喷射速度的增加,靶体表面粗糙度的算术平均偏差Sa线性增加;覆盖率达到100%后,覆盖率大小对Sa与残余压应力分布影响不大;喷射速度对于微粒喷丸的最大残余压应力值影响不大,但对残余应力层的厚度有显著影响。通过DEM-FEM耦合方法对微粒喷丸机理进行探究,为工艺参数的制定提供理论支撑。     

喷丸对7075-T651铝合金表面粗糙度影响的仿真与实验研究

为探究不同喷丸工艺参数对7075-T651铝合金表面粗糙度(Ra)的影响,首先利用ANSYS/LS-DYNA建立了三维动态喷丸有限元模型,然后根据Ra离散化计算式采集模型节点位移数据,获得了不同覆盖率、喷射距离、弹丸直径和喷射压力下的表面粗糙度值,再结合表面粗糙度、硬度和应力测试结果,分析不同工艺参数对7075-T651铝合金表面粗糙度和表面硬度的影响.结果 表明:合金表面粗糙度的模拟计算值和实验值的最大偏差为11.3％,差值仅为0.59 μm,且合金硬度和表面粗糙度的变化趋势具有一致性,论证了模型计算结果的准确性与可靠性.结合应力云图和表面粗糙度结果发现,在同等表面粗糙度下,采用"大丸粒+小压力"喷丸试样表面应力分布更均匀,且其最大残余压应力值较小丸粒+大压力试样降低约12.8％.分析认为,随喷射压力和弹丸直径的增大,合金表面塑性变形剧烈,冷作硬化效果明显,其粗糙度有增大的趋势,表面硬度也相应提高,而加大喷射距离和提高覆盖率,会增加表面弹坑反复变形的次数,使表面粗糙度值逐渐减小.同时,结合喷丸实验效果,大丸粒小压力喷丸工艺可在残余压应力和表面粗糙度参数之间取得良好的效果.     

航空齿轮钢强化工艺与表面完整性关联规律研究

目的 探究不同加工工艺与表面完整性的关联规律。方法 对渗碳航空齿轮钢AISI9310 进行常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等齿轮高表面完整性强化加工工艺处理,使用白光干涉仪、X射线衍射应力仪和显微硬度计对不同工艺状态下的试件进行表面形貌、表面粗糙度、残余应力和显微硬度等表面完整性表征。结果 喷丸能使得航空齿轮钢的表面粗糙度Sa值由磨削状态的0.68 μm增加到0.96 μm,而光整处理后,Sa下降到0.2 μm以下;微粒喷丸使表面残余压应力提升到–1 300 MPa,相比于常规喷丸和磨削状态,其幅值分别增加了450、800 MPa;滚磨光整使得表面残余压应力幅值进一步增加到1 400 MPa以上;二次喷丸及喷丸光整能显著提升表面硬度,相比磨削状态的645HV分别提升到718HV、721HV。 结论 二次喷丸、微粒喷丸、光整等工艺通过影响齿轮表面粗糙度、残余应力、硬度梯度等表面完整性参数,从而影响润滑状态、受力状态、应力集中、失效风险等,直接影响齿轮的服役性能。     

表面喷丸强化处理对TC11钛合金疲劳性能的影响

目的改善TC11钛合金的抗疲劳性能。方法采用喷丸表面强化工艺对TC11钛合金进行了表面强化处理,研究了喷丸强化处理、喷丸+二次喷丸强化处理对TC11钛合金试样表面粗糙度、残余应力、显微组织及疲劳性能的影响。结果喷丸处理能够在试样表层引入厚度约230?m的残余压应力场,但同时导致试样表面粗糙度值增加。喷丸后进行表面二次喷丸,试样表面残余压应力值和残余压应力峰值提高,但残余压应力峰值的位置和残余压应力层的厚度变化不大。二次喷丸对试样表面起到一定程度的修复作用,使试样表面粗糙度值降低。喷丸后试样表层组织发生明显的塑性变形,晶粒变细,而喷丸+二次喷丸处理可使试样表层组织得到进一步细化。喷丸处理后,试样的疲劳强度由480 MPa提高至540 MPa,提高了12.5%,二次喷丸使试样的疲劳强度提高至570 MPa,在喷丸的基础上继续提高了5.5%。结论喷丸后对试样表面进行二次喷丸对表层残余应力场的影响不大,二次喷丸主要通过降低试样表面粗糙度值和细化试样表层组织,使试样的疲劳强度得到进一步提高。     

42CrMo钢车削表面完整性研究

为了探究42CrMo钢车削表面完整性评价指标与切削参数之间的关系,采用正交试验法对42CrMo钢进行精车加工,分析了切削参数对表面粗糙度、残余应力和加工硬化的影响规律,并采用多元线性回归法构建了表面完整性各项指标的预测模型。结果表明:切削参数对表面完整性的影响主次顺序为:表面粗糙度:fva_p;表面残余应力:vfa_p;表面加工硬化程度:vfa_p。表面粗糙度随进给量的增大而显著增大;表面残余应力随切削速度和进给量的增大而显著增大;表面加工硬化程度随切削速度和进给量的增大而增大。表面粗糙度和表面残余应力的预测模型具有高度显著性和较好的拟合优度。     

基于多丸粒模型的喷丸表面强化过程数值模拟

针对喷丸表面强化过程,利用有限元法,建立了均匀分布的多丸粒喷丸强化数值模型,研究了喷丸速度、连续冲击及二次冲击弹丸速度对于目标靶体内残余应力场的影响;利用多丸粒偏置建模法,建立不同覆盖率的多丸粒仿真模型,研究喷丸覆盖率、连续冲击对于残余应力场的影响,对比了两种多丸粒喷丸模型。结果表明,提高喷丸速度可增加残余压应力层深度,但对残余应力最大幅值没有显著影响;连续冲击引起残余应力的饱和,残余应力分布没有明显变化;后续冲击弹丸的速度对于残余应力场有明显的影响;偏置高覆盖率喷丸强化模型可获得较均匀分布的残余应力场,压应力最大幅值与喷丸覆盖率及作用区域有关。     

后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响

目的探究不同后混合水射流喷丸工艺对18Cr Ni Mo7-6渗碳钢表面性能的影响。方法运用超景深三维显微系统、三维表面形貌测量系统、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等,对后混合水射流喷丸前后试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应力及显微硬度随层深的变化情况进行分析。结果后混合水射流喷丸时,弹丸和水会对试样表层产生一定的冲蚀、磨损、剪切作用,使试样表面产生新的凹坑。表面粗糙度Ra值随着喷射压力P及喷射靶距H的增加而增大,随着喷嘴移动速度v的增加而减小。试样显微硬度最大值都出现在表面,且随层深的增加,硬度值逐渐减小,喷射压力P=300 MPa时,表面硬度值达到62.8HRC,比试样初始表面硬度值增加了7.35%。试样材料所能引入的残余压应力具有固有最大值σmirs,当引入的残余压应力未达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs随喷射压力P的增加而增大,但随喷射靶距H和喷嘴移动速度v的改变变化不大。当引入的残余压应力达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs即为σmirs,不再改变,但是最大残余压应力距表面距离值zm仍会随着喷射压力P的增加而增大。结论后混合水射流喷丸后,试样表面粗糙度变化较大,表层显微硬度有一定提高。残余应力的分布主要与喷射压力P有关,而与喷射靶距H和喷嘴移动速度v关系不大。     

喷丸工艺对7075铝合金表面粗糙度的影响

为探讨7075铝合金构件表面粗糙度与喷丸工艺参数的关系,采用ABAQUS三维有限元模拟软件建立了单个玻璃弹丸的撞击模型,在有限元分析的基础上,根据所得到的单个弹坑的几何尺寸,提出了表面粗糙度特征值Ra的理论预测模型。针对不同的弹丸直径、喷射气压、喷嘴距离以及喷丸覆盖率等喷丸工艺参数下的粗糙度值Ra进行了理论预测,并与实际7075铝合金喷丸后的表面粗糙度Ra进行了对比。结果表明,粗糙度特征值Ra随弹丸直径和喷射气压的增加而增加;Ra随覆盖率的增加呈现先增加后减少的变化趋势;喷嘴距离在一定范围内的变化对Ra几乎没有影响;Ra的预测值与实测值吻合良好,预测模型具有较高的可靠性。     

现代表面技术的涵义、分类和内容

探讨了现代表面技术的涵义、分类和内容,展望了表面技术的发展趋势。     

超声振动辅助加工表面微结构及其特性研究进展

针对超声振动复合加工方法种类繁多且表面微结构指征复杂等问题,阐述了表面微结构的内容和研究现状,论述了国内外超声切削、磨削、表面强化等方法的加工原理及超声振动加工表面微结构特性的试验研究方法,归纳了超声振动条件下表面粗糙度、表面微观形貌的建模方法及其特点,讨论了实验回归建模、数值解析建模和神经网络建模的研究进展,并预测了国内外超声振动表面加工的新技术领域和发展方向,对改善高性能难加工材料的表面微结构特性具有重要意义。     

基于Pro/E复杂分型面的模具型腔设计

通过对一般注塑模具型腔分型面的分析,提出了创建复合分型面的设计方法,介绍了生成模具型腔的过程,解决了复杂模具型腔分型难的问题.实践证明该方法对其它复杂模具分型设计具有参考作用.     

表面工程的发展及思考*

在总结表面工程特点、价值、功能和发展前景的基础上,着重从适应科学技术发展需求;支撑再制造产业发展;融合多学科成果;以及发展"设计化、智能化、自动化、绿色化、多动能化"等角度论述了表面工程的发展趋势。从分析我国表面工程发展现状入手,提出了通过加强行业宣传,完善系统理论,增强表面工程技术服务能力,增强行业凝聚力、影响力和自我约束能力,加紧编制行业相关标准、规范/规程,以及做好表面工程技术职业技术人才的培养等促推我国表面工程发展的6条措施。     

绿色海洋防污材料的表面构筑研究进展

海洋生物污损已成为影响船只与装备在海洋环境中服役性能的全球性问题。因此,发展高效、广谱、环境友好的防污材料势在必行。借鉴海洋生物表皮具有的天然防污特性,人们通过对材料的表界面组分、形貌设计,获得了一系列环境友好型防污材料。文中系统归纳和评述了低表面能材料、表面亲水性材料、表面织构化材料和表面植绒材料等依靠表面物化性能调控来获得具有优异防污表现的绿色防污材料的研究进展,最后指出当前绿色防污材料存在的问题及未来的发展方向。     

表面分析技术综述

介绍表面分析研究的内容和分析技术,具体论及电子探针显微分析、俄歇能谱分析、光电子能谱、二次离子质谱等。同时综述表面分析技术的现状及其发展前景。     

等温淬火球墨铸铁表面热处理工艺的研究

等温淬火球墨铸铁(ADI)具有多方面优越的性能特点,然而,单纯的等温淬火难以同时具有高强度、高硬度及高的韧性与塑性。为了进一步扩大ADI的应用范围,采用不同的表面高频淬火工艺考察了ADI表面热处理的可行性,并着重探讨了不同表面处理工艺对ADI表层组织及硬度的影响规律。研究表明,对ADI采用二步法表面热处理可以得到理想的效果。     

Surface Cleaning or Activation？Control of Surface Condition Prior to Thermo-Chemical Heat Treatment

Actual heat treatment processes must face increasing specifications with reference to process quality, safety and results in terms of reproducibility and repeatability. They can be met only if the parts‘ surface condition is controlled during manufacturing and, especially, prior to the treatment. An electrochemical method for the detection of a steel part‘s surface condition is presented, together with results, consequences, and mechanisms concerning surface pre-treatment before the thermochemical process. A steel surface‘s activity or passivity can be detected electrochemically, independently from the chemical background. The selected method was the recording of potential vs. time curves at small constant currents, using a miniaturized electrochemical cell, a (nearly) non-destructive electrolyte and a potentio-galvanostatic setup. The method enables to distinguish types of surface contamination which do not interfere with the thermochemical process, from passive layers which do and must be removed. Whereas some types of passive layers can be removed using conventional cleaning processes and agents, others are so stable that their effects can only be overcome by applying an additional activation pre-treatment, e.g. oxynitriding.     

超声深滚对TC4钛合金表面形貌和表面粗糙度的影响

研究了采用超声深滚处理（UDR）对钛合金（TC4）试件表面形貌和表面粗糙度的影响.采用扫描电子显微镜观察分析了超声深滚处理前后的试件表面形貌,采用表面粗糙度仪分析研究了强化处理前后的表面粗糙度变化.结果表明,超声深滚处理可以显著降低机加工痕迹,消除表面微损伤,大幅降低表面粗糙度,可使表面粗糙度由Ra 2.32 m降低到Ra 0.11 m.     

化学刻蚀法制备金属超疏水表面的方法及机理研究

超疏水表面应用广泛,价值巨大。构筑超疏水表面的方法众多,化学刻蚀具有方法简单、效果显著的特点。针对金属表面,研究刻蚀液成分、溶液配比及反应条件对材料疏水性能的影响以及低表面能修饰方法与机理。从Wenzel、Cassie基础理论模型展开,综述了不同的固-液接触状态及疏液机理,通过SEM图与关系曲线图,直观地展示了刻蚀方法与刻蚀反应条件对试样表面微观形貌与宏观疏水性能的影响。从理论分析的角度阐述了表面微结构形貌以及尺寸参数对于静态、动态疏水性能的影响。针对用于低表面修饰的修饰剂与官能团,对其修饰效果与修饰机理进行了说明。在此基础上,针对该方法目前存在的问题进行总结和梳理,并对刻蚀后表面疏水性能稳定性在不同情况下出现波动的原因进行深入分析。