刀具断屑槽对切削过程影响的数值模拟

本文通过有限元法模拟切削过程,对硬质合金刀片断屑槽在切削过程中的影响做了研究。结果表明采用平滑的槽型曲面有利于降低主切削力;断屑槽能够降低轴向力和径向力,进而可以帮助提高加工精度和工件的表面质量。切削过程中,有断屑槽的刀片表面等温线分布集中,而没有断屑槽的刀片表面有多个最高温度区域且温度更高,不利于刀片的使用寿命。另外,有断屑槽的刀片所产生切屑的有效应力、有效应变更大,更适合于加工塑性好的材料。     

硬质合金可转位刀片刀尖圆弧半径对切削过程的影响

通过试验 ,分析了硬质合金可转位刀片刀尖圆弧半径对金属切削的切削力、断屑范围和切屑形态的影响。结果表明 ,加大刀尖圆弧半径会显著加大 y向分力 ,使 z向分力略有下降 ,而断屑范围缩小 ,并增加切屑缠绕的可能性     

梯度涂层刀片切削过程的Deform仿真

在涂层前,对基体做梯度处理,可以阻止热应力引起的裂纹的扩展,提高刀具的强度,韧性和切削性能,本文建立了具有富钴梯度结构的涂层硬质合金刀片的数值模型,利用Deform 3D软件对有无梯度富钴层的两种刀片的切削过程进行了计算机仿真。增加富钴梯度结构后,切削力减小,刀片表面温度升高、但基体温度梯度更加收敛,刀具塑性变形减小同时切屑的有效应力、应变增大。仿真结果对刀具梯度结构的选择及设计具有参考价值。     

硬质合金涂层刀片的金相检测

使用磨光-镶嵌-抛光的方法制备出硬质合金涂层刀片金相检测试样。通过显微镜可直观、快速观测刀片的涂层组织结构、厚度、颜色(定性分析)及均匀性、涂层与基体以及各层间的结合情况等项目和涂层瘤、裂纹、孔洞、液滴、涂层互渗、基体脱Co等缺陷。经过腐蚀后可准确的检测界面η1相。拍摄了大量有代表性的涂层结构和缺陷照片,并结合文献资料及生产经验,分析了各种缺陷形成的原因,为涂层生产工艺及质量监控和优化提供有效技术支持。     

航空钛合金切削过程有限元数值模拟分析

切削加工过程模拟的实质是采用有限元方法求解非线性问题的过程。建立了钛合金构件切削有限元模型,其切屑分离准则是以材料损伤理论为基础确立的;利用已有的研究成果,构建了求解切削温度场和切削力的有限元模型;利用有限元软件ABAQUS/Explicit进行模型建立、材料输入、部件装配、局部细分网格、运动仿真等;通过对钛合金切削过程的仿真计算得到切削温度、切削力等的一般规律。结果表明:模拟结果与实际生产结果相符合。     

表面处理对硬质合金钻头钻削性能的影响

涂层硬质合金钻头是当今主流的孔加工刀具,高速切削要求其拥有更优异的表面质量以满足排屑需求。本文采用干喷砂法对钻头进行涂层前和涂层后表面处理,研究了4种不同表面处理方案对整体硬质合金钻头刃口钝化值、表面粗糙度及切削性能的影响。实验结果表明:涂层前和涂层后表面处理对涂层钻头刃口的钝化值影响较小,对涂层钻头的表面粗糙度影响显著。涂层前后均经过表面处理的钻头表面粗糙度显著低于涂层前或涂层后仅进行一次表面处理的钻头。切削实验结果显示,表面粗糙度越小的钻头,切削力越小,切削过程中越不容易产生积屑瘤,刀具耐磨损性能越好。     

基体预热温度对涂层表面形貌及残余应力影响的数值模拟

目的为了更好地研究分析不同的基体预热温度对所制备涂层质量的影响。方法采用求解热传导和能量方程,运用有限体积FVM法、流体体积跟踪法VOF追踪熔滴自由表面,建立熔滴撞击基体的三维几何模型,模拟了层片形成过程,分析不同基体预热温度对层片表面形貌的影响以及熔滴内部液滴形态变化的过程,在上述基础上,继续模拟第2个熔滴撞击在已凝固层片,从而形成涂层,进一步分析了不同基体预热温度对涂层表面形貌和残余应力的影响规律。结果随着基体预热温度的提高,沉积物与基体之间的温度梯度减少,有利于熔滴的铺展,铺展时间变长,气体的排放更顺畅,层片中的孔隙率降低,且层片铺展厚度随温度的提高而逐渐降低,而铺展半径逐渐增大,沉积物形貌更接近圆盘状。随着基体预热温度的提高,最终涂层形貌都是边缘厚、中间薄,但涂层中央的致密程度不断提高,且组织中的孔隙量越来越低。结论基体预热温度需处在一个范围,涂层的残余应力才会有一个最优值,使得涂层与基体有比较好的结合强度。     

多次热循环下热障涂层热稳定过程的数值模拟

采用热弹塑性有限元方法,通过对热障涂层多次热循环降温过程中产生的残余应力的数值模拟,研究了在热梯度、热膨胀失调情况下涂层的热稳定过程.结果表明,在相同材料参数情况下,陶瓷层与粘接层的界面形貌对残余应力及稳定状态有显著的影响,凹凸不平的界面将会使界面残余应力发生突变,不利于增强界面结合强度和涂层结构的稳定.该结果对分析涂层寿命及失效机制有指导意义.     

界面形貌对热障涂层残余应力影响的数值模拟

利用ABAQUS有限元分析软件对热障涂层中的残余应力进行了模拟分析,研究了不同界面微结构及其尺寸(包括圆弧半径、高度)对平行和垂直于界面的残余应力最大值的影响。结果表明,界面形貌结构尺寸与热障涂层中的陶瓷层及粘结层界面残余应力有密切的关系,凹凸不平的界面将会使界面残余应力发生突变,界面形貌的曲率对残余应力的影响较大。这些结论为提高涂层界面结合强度提供了理论支持,也为热障涂层界面的优化提供了指导。     

基于斜角切削的铣削力三维数值模拟

采用有限元软件建立反映金属切削过程中高温、大应变、大应变率的模型,模拟了A16061 - T6铣削加工中刀具微元的斜角切削过程,得到了微元切削力的变化曲线.利用不同切削厚度的仿真结果,分析了切削力、切削力系数与厚度的关系,建立了切削力系数与切削厚度的函数关系模型.利用此模型,模拟了瞬时铣削力.通过铣削试验获得了相同铣削条件下的铣削力,与模拟铣削力比较,发现两者具有良好的一致性,证明了模型的正确性.为复杂工况下铣削力的研究、工件变形预测以及铣削工艺参数优化奠定了基础.     

界面形貌对清障涂层界面残余应力影响的数值模拟

利用有限元方法,对热障涂层热循环降温过程中产生的残余应力进行了数值模拟,研究了有尖点和无尖点正弦波形微坑以及短形微坑对界面残余应力的影响,结果表明,微坑形状不同,界面上残余应力的大小,性质与分布也不同;微坑的形状变化和尖点的出现,将会使该处的应力发生突变,不利于增强界面结合强度,因此,从对热障涂层界面残余应力的影响角度看,无尖点的正弦波形微坑既优于有尖点微坑也优于矩形微坑。     

硬质合金切削刀片优化设计

为降低硬质合金切削刀片的制造成本,可以通过控制产品的公差带,为法后角大于0°的产品的锋利刃口设计保护性直台,为负角刀片设计周边尺寸可直接压制达到M级精度等级水平的模具,结合现代高精度模具制造技术和精密压制技术,在物料成本、人工费用、机器费用三方面综合达到节约硬质合金产品制造成本1%～3.5%的目的。     

等离子喷涂双层热障涂层沉积过程的数值模拟

运用ANSYS1O.O有限元分析软件对等离子喷涂典型双层热障涂层沉积过程的温度和应力变化过程进行了数值模拟.结果表明,喷涂过程中,基体背面温度呈台阶状上升,涂层颗粒的温度大幅度周期波动,涂层颗粒的应力随之大幅度周期波动;喷涂结束后,涂层内的残余应力趋于稳定,x方向的最大拉应力存在于陶瓷层与粘结层结合面的边缘;最大y方向拉应力和层间应力都存在于陶瓷层和粘结层的结合面上.涂层的结合面边缘是应力集中部位,结合面的中部应力分布均匀.陶瓷层表面x方向的最大拉应力为423.7MPa.

Abstract：

Nmnerical simulation was performed by finite element analysis (FEA) to investigate the temperature and stress in a typical duplex thermal barrier coating. During the spraying process, the temperature of the back surface of substrate increases step by step, both the temperature and the stress of the coating fluctuate periodically within a wide range. After the deposition, the specimen was cooled to the room temperature slowly. The stresses become constant values, and the maximum radial tensile stress exists at the interface between the ceramic layer and the bonding layer, and the maximum axial and shear stresses exist at the interface, where is the concentrated stress area. The stresses of the middle interfaces are uniform. The maximum tensile stress on the ceramic layer surface is 423.7 MPa.     

界面形貌对热障涂层界面残余应力影响的数值模拟

利用有限元方法 ,对热障涂层热循环降温过程中产生的残余应力进行了数值模拟 ,研究了有尖点和无尖点正弦波形微坑以及矩形微坑对界面残余应力的影响。结果表明 ,微坑形状不同 ,界面上残余应力的大小、性质与分布也不同 ;微坑的形状变化和尖点的出现 ,将会使该处的应力发生突变 ,不利于增强界面结合强度。因此 ,从对热障涂层界面残余应力的影响角度看 ,无尖点的正弦波形微坑既优于有尖点微坑也优于矩形微坑     

封严涂层脱落对高压压气机性能影响的数值模拟

目的研究封严涂层脱落对高压压气机转子工作稳定性、流场结构的影响。方法以某型航空发动机高压压气机末端第12级转子作为研究对象,生成单通道网格,选择Spalart-Allmaras一方程湍流模型,采用数值模拟的方法研究了起飞工况、不同脱落厚度下的叶栅通道内的流动特性。结果随着封严涂层脱落,高压压气机效率和总压比均降低,失速裕度呈指数型下降;脱落厚度为4τ时,工作流量下压气机达到近失速边界。工作流量下,随着封严涂层脱落,叶尖泄漏涡与来流交界面、二次泄漏流进入泄漏涡的位置前移,出现后返流和在叶尖前部反复泄漏的流线;脱落厚度≥3τ后,叶尖通道后部泄漏涡涡核剧烈膨胀,出现显著的低速团。非定常数值模拟中,脱落厚度为4τ时,叶尖泄漏流呈现出显著的周期性和自诱导非定常性,并存在瞬时涡破碎现象。结论封严涂层的脱落会大幅度降低高压压气机的工作稳定性,其主要影响因素为叶尖泄漏涡、二次泄漏流与主流相互作用形成的复杂流动及低速团,并具体表现为叶尖通道流场的非定常性。     

减摩涂层对高强度钢板冷冲裁过程影响的有限元模拟

随着对汽车环保、安全与轻量化要求的日益增加,高强度钢应用开发越来越受到汽车行业的青睐。基于Deform 2D有限元软件平台,采用数值模拟技术,动态仿真了CPW800高强钢板与HR340LA热轧酸洗钢板的冲裁过程;并从抗磨减摩角度模拟了PVD涂覆MoST(Ti/MoST/MoS2)、GLC(Graphit-iC类石墨涂层)及CrMoN减摩涂层对冷作模具钢寿命的影响。结果显示:CPW800钢较HR340LA钢更难产生光亮带,冲裁模具所受的轴向载荷与等效应力更大;减摩涂层不同程度地减小了模具的等效应力,抗磨减摩涂层的研发对提高高强度钢冲裁模具寿命起重要作用,但对高强钢的轴向载荷影响不明显。     

涂层硬质合金刀片车削典型CFRP的工程技术研究

用相同几何结构、不同材质的2种涂层硬质合金刀片车削碳纤维增强复合材料T800H棒料,通过多分量力学传感器、压力传感器和高速摄影机监测车削过程中的切削载荷和刀具工作状态,通过光学扫描系统和数码显微系统观测分析工件已加工表面和切屑的形貌特征。结果表明:车削T800H棒料时,每种刀具都存在一个临界切削速度v_cr,在相同进给量f和恒定切削深度a_p的情况下,切削速度v_c对工件已加工表面质量影响小。实验还表明:采用硬度更高的刀具车削碳纤维,能获得更好的表面质量。      

Q235钢基体表面微晶玻璃功能梯度涂层接触应力的数值模拟

接触应力状态是涂层材料表层破坏、整体分层剥落的重要影响因素。运用有限元软件ANSYS对Q235钢基体表面TiN/LZAS微晶玻璃梯度涂层在法向静载下的接触应力进行了分析,建立了该复合涂层的有限元分析模型,通过比较有限元数值解和Hertz理论解,验证了有限元模型的可靠性,探讨了不同层数和层厚对涂层体系接触应力分布的影响。结果表明:涂层的径向接触应力和Mises应力的最大值均位于接触区域中心处,最大剪切应力位于接触中心附近;涂层层数和厚度对涂层表面径向应力、界面剪切应力和整体Mises应力均有明显影响。模拟分析的结果可以为该复合材料的设计和制备提供一定的理论依据。     

基体表面酸洗处理对硬质合金涂层组织和性能的影响

设计了不同浓度、不同时间的酸洗除钴工艺对硬质合金基体表面进行处理。采用多种手段对不同处理后的涂层刀片进行了组织和性能分析。结果表明:各种HNO3溶液对除去硬质合金基体表面的钴效果均很明显,但要防止内部钴的浸出。涂层在钴相表面为重新形核生长,晶粒细小;在除去钴的表面为外延生长,晶粒粗大。基体表面去钴工艺参数对涂层刀片的剥落性能、冲击性能和耐磨性能均有明显影响。因此在选择表面酸洗除钴工艺时,必须综合考虑多种因素,根据刀片的使用领域确定最优的酸洗方案。