钛合金铣削加工表面残余应力有限元仿真

为了分析铣削工艺参数对钛合金已加工表面残余应力的影响,根据金属切削有限元分析的相关理论,以钛合金Ti6Al4V为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。采用正交试验设计法对钛合金Ti6Al4V铣削仿真的工艺参数进行优化,并用极差法分析不同的铣削速度、铣削深度、铣削路径对钛合金Ti6Al4V工已加工表面残余应力的影响。研究表明:在钛合金Ti6Al4V铣削过程中,对工件已加工表面残余应力影响因素由小到大依次为:铣削深度<铣削路径<铣削速度,切削深度对已加工表面残余应力影响较小,铣削速度对已加工表面残余应力影响最大;在研究范围内,随着铣削速度的增大,已加工表面残余应力逐渐增加。     

超声振动辅助滚压参数对钛合金表面残余应力的影响

结合有限元分析和实验研究,基于与普通滚压工艺的对比,对超声振动辅助滚压强化钛合金表面的残余应力场进行分析,获得了沿改性层深度方向的残余应力变化和瞬态应力分布云图。结果表明:与普通滚压相比,超声振动辅助滚压可改变滚压头和材料表面接触力的作用方式,使应力波沿着材料深度方向动态传播,从而产生更深的残余压应力影响层,并导致压应力层下移。在实验参数条件下,最大残余压应力值和表面残余应力值都随着静压力的增大而显著增大;随着主轴转速的增大,最大残余压应力值明显单调增加,而最大残余压应力层深度逐渐减小;振幅对残余应力场的影响不十分显著。     

TC4钛合金纵扭超声磨削表面残余应力及其试验研究

目的 探究纵扭超声磨削工艺参数对TC4钛合金加工表面残余应力状态的影响规律,提高TC4钛合金的抗疲劳性能.方法 通过纵扭超声磨削力模型,对磨削过程中的机械应力和热应力展开理论分析,并进一步建立纵扭超声磨削表面残余应力模型,通过MATLAB仿真获取磨削加工残余应力分布状况.基于力-热耦合作用,建立纵扭超声单颗磨粒磨削有限元模型,分析磨削参数对残余应力的影响规律,并通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验,对模型的合理性进行验证.结果 TC4钛合金超声磨削加工表面残余应力为残余压应力,且该应力沿工件深度方向的分布曲线与"对号"相似.工件表面残余压应力起初随磨削深度增加逐渐增大,当磨削深度增加到8μm时,残余压应力达到最大值,为-488 MPa,之后随磨削深度的增加,呈现减小趋势.随磨削线速度的增大,残余压应力整体呈现减小趋势,随纵扭超声振幅的增大,整体呈现增大趋势.加工表面残余应力仿真与试验结果的平均误差为9.8％,且变化趋势具有一致性.结论 纵扭超声辅助磨削加工可有效消除加工表面的残余拉应力,并获得较为理想的残余压应力,进而显著提高TC4钛合金的抗疲劳性能.     

钛合金高速铣削加工表面残余应力的模拟研究

采用有限元法建立了更接近实际的铣刀结构模型及三维铣削模型,对不同刀具参数和切削参数条件下高速铣削钛合金Ti6Al4V的表面残余应力进行了仿真分析,得到了各因素对表面残余应力分布的影响规律。结果表明:工件的残余应力在表层由拉应力迅速的转变为压应力,在100~200μm之间出现残余压应力的最大值。工件表层残余应力随刀具前角、切削速度和每齿进给量的增加而减小,切削深度对表层残余应力的影响不是很明显。     

钛合金轴向超声振动铣削切削力仿真研究

针对钛合金难加工问题,将超声振动引入到对钛合金的铣削加工中,实现刀具、工件周期性接触分离,从而降低切削力、改善加工质量。以TC4为研究对象,以切削力为研究切入点,通过ABAQUS建立三维铣削仿真模型。对比分析超声铣削和普通铣削在切削力曲线特征以及数值大小上的差别,并通过观察切屑特征分析切削力的波动及稳定性。结果表明:轴向振动铣削有利于降低铣削过程中的切削力,提高切削稳定性。     

BT20钛合金电子束焊接残余应力三维有限元数值模拟

研究钛合金电子束焊接构件残余应力的大小和分布，了解残余应力的形成机理，具有十分重要的理论和实际意义。作者利用ANSYS程序模拟了BT20钛合金电子束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布。计算结果表明，钛合金薄板焊缝中心残余拉应力的峰值达到焊缝金属屈服强度σn的60％-70％；焊后电子束局部热处理可以降低焊缝中心处的拉伸残余应力值，降低约50％左右；用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致。     

TC4钛合金对接板焊接残余应力仿真分析与试验验证

基于热弹塑性理论,通过顺序热力耦合方法对TC4钛合金TIG多层多道焊焊接残余应力场进行计算。在试验基础上,利用弹性有限元方法计算获得TC4钛合金应力释放系数,并采用盲孔法对焊接试板进行残余应力测试试验,将试验值与仿真结果进行对比,结果表明：焊接残余应力仿真值与试验值具有较高的吻合度,在焊缝及焊趾处存在较大的残余拉应力,且随着距焊缝中心距离的增加,残余应力值逐渐减小。     

钛合金Ti-6Al-4V纵扭超声铣削残余应力试验研究

目的 提出将纵扭超声振动和铣削加工相复合,对钛合金Ti-6Al-4V进行试验研究,探索工艺参数对加工残余应力的影响规律,实现钛合金的压应力抗疲劳制造。方法 通过试验对比分析了纵扭超声铣削和传统铣削在切削力、切削温度和残余应力的差异性。采用正交试验和单因素试验相结合的方法,同时考虑因素交互作用,研究了加工参数、冷却润滑条件以及刀具磨损对加工残余应力的影响。结果 相较于传统铣削,纵扭超声铣削能够使平均切削力降低约16.3%,切削温度降低约25.6%,表面残余压应力值增加31.3%。在所选参数范围内,径向切深对表面残余应力的影响较大（贡献率为34.1%）,而振幅影响较小（贡献率为6.5%）。表面残余压应力值随着铣削速度、每齿进给量以及径向切深的增大有不同程度的降低,随着振幅的增大有一定程度的提高。采用乳化液作为切削液能够提高加工表面的残余压应力值,而干式切削能够获得和在水、油切削液条件下相当的加工表面残余压应力值。工件表面的残余压应力值随着刀具磨损的增加而逐渐减小。结论 纵扭超声铣削能够有效降低切削力和切削温度,提高加工残余压应力值,同时选择适当的工艺参数及润滑冷却条件可进一步增大表面压应力值,可作为一种可靠的压应力制造技术。     

钛合金腹板高速超声椭圆振动铣削力研究

高速超声椭圆振动切削是使切削刀具刀尖附加椭圆振动进行的超声频断续切削,突破了超声振动加工对临界速度的限制。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置对钛合金腹板进行铣削试验,结果表明:随着高速超声椭圆振动切削的速度增大,切削力增幅明显,且相比于普通铣削所受到的切削力约少20%。     

钛合金TC4切削过程流动应力模型研究

运用有限元技术对切削过程进行仿真可以预测切削力、切削温度、应力分布,优化刀具参数和切削条件。建立适合于切削条件中大应变、高应变率条件下材料的流动应力模型,是切削过程有限元仿真的关键技术。文章通过正交切削实验和有限元迭代的方法,修正了难加工材料TC4在大应变、高应变率条件下的J-C流动应力模型,使修正模型能够适应切削仿真中的大应变、高应变率要求。计算结果表明,采用新的J-C流动应力模型进行计算,所得主切削力值与实验测量值的平均误差从36.28%降为12.06%,进给力的平均误差由原来的61.03%降为现在的25.57%。该修正的流动应力模型比用霍普金森实验所得到的流动应力模型更适合于切削过程的有限元仿真,可以提高切削仿真的计算精度。     

BT20钛合金电子束热处理残余应力计算

利用三维有限元分析软件，模拟了BT20钛合金薄板焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及残余应力的分布。结合数值计算，讨论了不同的热处理方式以及热处理工艺参数对焊接接头残余应力分布的影响。结果表明，在钛合金薄板焊缝的背面进行电子束局部热处理，可以显著降低焊缝中心处的残余拉应力。数值计算结果还表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着局部热处理加热宽度和加热时间的增加，焊缝及近缝区的纵向残余应力随之降低，同时产生残余应力的范围也随之增大。     

轴向超声振动辅助铣削TiB2/7050Al复合材料残余应力试验研究

针对TiB2颗粒增强铝基复合材料可加工性差、切削温度高、刀具磨损严重等问题,开展TiB2/7050Al复合材料轴向超声振动辅助铣削残余应力试验,研究各加工参数对超声振动辅助铣削表面及亚表层残余应力的影响规律,并分析力热耦合作用对超声振动辅助铣削残余应力的作用机制。研究表明:TiB2/7050Al复合材料超声振动辅助铣削表面残余应力均为残余压应力,且残余压应力随每齿进给量、切削速度的增加而减小,而随着切削深度及超声频率的增加呈现先增大后减小的趋势;工件亚表层残余应力影响层厚度为90~120μm,且未观测到明显的加工硬化现象。     

钛合金电子束焊接应力分析的有限元模型

建立了两种钛合金平板电子束焊接应力场的数值分析模型，针对4mm厚的TC11钛合金平板试件，计算分析不同计算模型对电子束焊接残余应力的影响。结果表明厚度为4mm的平板电子束焊接接头，在焊缝及其近缝区很窄的区域内，存在着数值接近材料屈服极限的纵向残余拉应力，而表面横向残余应力则为压应力，且残余应力在厚度上也呈不均匀分布，数值计算模型应根据研究问题的特点来选取。     

钛合金超声椭圆振动铣削参数对切削力的影响

钛合金航空薄壁结构件在铣削过程中受力形式复杂,切削力较大。超声椭圆振动切削的特点是切削刀具的刀尖按椭圆轨迹运动,进行高频间歇性切削,有助于降低切削力。铣削时改变切削参数将对切削力产生不同影响。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置,针对钛合金薄壁件进行实验,结果表明:相较于普通铣削,随着每齿进给量的增大,超声椭圆振动铣削均可减小钛合金薄壁件在铣削加工过程中的切削力,降幅可达35%以上。     

铣削参数对TC4钛合金铣削稳定性影响的研究北大核心

为研究硬质合金4刃等距立铣刀铣削加工参数对铣削TC4钛合金铣削切削力随时间的变化规律,基于ABAQUS有限元软件建立了硬质合金立铣刀铣削TC4钛合金工件的三维铣削模型,根据实际加工情况施加约束条件,以刀具的角速度和进给速度作为仿真试验的输入载荷变量,并设计了正交试验探讨不同铣削参数时TC4钛合金铣削切削力随时间的变化规律。根据仿真分析结果可知,当刀具角速度为314 rad/s、进给速度为1800 mm/min时其主分力正负变异系数最小分别为2.63%、1.31%,表明铣削过程中切削力随时间变化时较为平稳。若将进给分力作为切削力观测因素发现,当刀具角速度为265 rad/s、进给速度为1650 mm/min时切削力值较为平稳。从仿真结果得知背分力远小于主分力和进给分力,其值在0~10 N范围内波动,对铣削稳定性影响较小。综合分析可知,当刀具角速度为314 rad/s、进给速度为1800 mm/min时从切削力角度观测,既能使铣削过程具有良好稳定性又具有较好的加工效率。     

钛合金拉伸铣削的机理与试验研究

对钛合金TC4(Ti6Al4V)在拉伸状态下进行铣削加工.建立平面应变的残余应力形成模型,分析了拉伸装夹改变加工表层残余应力的机理.研究了铣削对钛合金表面残余应力和表面粗糙度的影响,得到了在不同切削参数下钛合金表面残余应力和表面粗糙度的实验数据.实验结果表明,拉伸装夹基本不影响表面粗糙度,但可以大大提高加工表面残余压应力并增大残余压应力层的厚度.     

不锈钢/Ag-Cu-Ti/钛合金钎焊接头残余应力模拟研究

采用热弹塑性有限元方法,在考虑了1Cr18Ni9Ti不锈钢和Ti-6Al-4V钛合金的主要热物理性能随温度变化的条件下,计算了1Cr18Ni9Ti不锈钢/Ag-Cu-Ti/Ti-6Al-4V钛合金钎焊接头中的残余热应力大小和分布。计算结果表明,σy在靠近界面的钛合金外表面一侧存在一个应力最大值,且该应力为拉应力,同时σx,τxy也在界面附近存在应力峰值;残余应力会导致钎焊接头在未达到许用强度的条件下产生断裂,和钎焊试验结果具有一致性。     

基于超声波冲击的TC4钛合金焊接残余应力消除分析

为探究超声波冲击对中厚板TC4钛合金焊接残余应力控制效果,采用TIG多层多道焊方法制备12 mm厚对接试板,分别对焊接试板进行4,6,8次超声波冲击处理,采用盲孔法进行应力测试,得到冲击次数对残余应力的影响规律,并将最优冲击次数的残余应力与焊态和热处理态结果进行对比。结果表明：采用超声波冲击方法对焊缝附近残余拉应力具有显著的消除效果,随冲击次数增加,残余压应力区及压应力值逐渐增大,当达到峰值后继续增加冲击次数,压应力区及压应力值呈下降趋势;对比热处理方法不仅将消除原有残余拉应力,而且在焊缝区产生有益的压应力。     

锻造工艺参数对TC4钛合金锻件残余应力的影响

针对非等温锻造时TC4钛合金锻件极易产生较大残余应力的问题,依据物理实验,建立并调控仿真模型,通过数值模拟的方法,对不同锻造工艺参数下的TC4钛合金锻件的残余应力进行分析。研究了变形温度、变形程度以及变形速度3个关键参量对TC4钛合金锻件残余应力的影响,揭示了残余应力的变化以及分布规律。结果表明:TC4钛合金锻件的径向残余应力关于中心轴线呈对称分布,但分布不均匀,从外表层至心部,残余应力由拉应力转化为压应力,在中心处应力较为集中;而TC4钛合金锻件的轴向残余应力从上表面到下表面分布较为均匀,且明显小于径向残余应力;关键参量中的变形温度和变形程度对TC4钛合金锻件残余应力的影响较为显著,而变形速度的影响较小,适当提高变形温度和变形速度、减小变形程度,可降低TC4钛合金锻件的残余应力。     

振动时效对TA15钛合金厚板残余应力及力学性能的影响

采用频谱谐波振动时效设备,研究了振动时效对TA15钛合金厚板残余应力及力学性能的影响。结果表明：振动时效后TA15钛合金厚板表面残余应力减小近60%,且趋于均匀化,但拉伸、冲击、断裂韧性及疲劳性能基本没有变化。