涂层残余应力测量及涂层刀具损伤表征研究综述

涂层寿命直接影响涂层刀具的使用寿命,而涂层中残余应力的大小及分布是涂层寿命的主要影响因素。本文对涂层结构残余应力测量常用的钻孔法、X射线衍射法、拉曼光谱法的原理及应用进展进行了综述,讨论了每种方法的优势及局限性,总结归纳了涂层刀具损伤失效的表征方法及涂层残余应力演化与刀具损伤失效之间的关联。     

表面残余应力对涂层硬质合金刀具磨损影响的研究现状

涂层硬质合金刀具具有良好的抗机械和抗热载荷冲击性能,以及较低的摩擦因数,在常温及高温下耐磨损性能优异,广泛应用于难加工材料的精密、半精密加工。对涂层硬质合金刀具进行表面处理后,刀具表面残余应力会发生演变,并会对刀具磨损产生影响。介绍了针对以上问题的国内外研究现状,并对高性能涂层硬质合金刀具的未来发展进行了展望。     

纳米结构陶瓷涂层磨削表面残余应力的X衍射测定法

磨削后的纳米结构陶瓷涂层零件表面会出现使零件强度降低的裂纹,而产生这些裂纹的原因就是磨削表面残余应力。它使不同晶粒的同族晶面面间距随晶面方位及应力大小发生有规律的变化,从而使X射线衍射谱线发生位偏移,根据位偏移的大小,利用σ=K·M就可计算出残余应力的大小。     

磨削表面层残余应力的三维试验研究

用X射线法对磨削表面层残余应力进行了三维空间的测定和研究。结果表明，摩削表面层的残余应力呈三维空间分布，并且残余应力的主应力方向不平行或不垂直于摩削表面。     

等离子喷涂NiCrAl涂层残余应力模拟分析

建立了模拟涂层残余应力的数学模型,对等离子喷涂不同厚度NiCrAl涂层的残余应力进行了模拟,结果表明:由于涂层与基体的热膨胀系数不匹配等原因,在界面等区域存在严重的应力集中;涂层内部的残余应力水平,随涂层厚度增加而增加;涂层中的轴向应力、径向应力和切向应力主要为拉应力,径向应力是最主要的应力.     

界面尺寸对热障涂层残余应力的影响

广泛应用于高温部件的热障涂层,其凹凸不平的界面形貌不仅影响界面的结合强度、应力分布,严重时甚至会导致涂层剥离、层裂和失效.文中针对正弦波形界面形貌的热障涂层,研究了界面尺寸（微坑深度、宽度和间距）对界面残余应力的影响.结果表明,界面几何形貌突变越严重,应力突变也随之加剧;不同的微结构尺寸影响因素对残余应力影响各不相同,其中微坑深度对残余应力的影响最为显著.     

涂层刀具前后刀面摩擦下界面应力分析

基于任意拉格朗日欧拉方法(ALE)建立金属正交切削加工的热力耦合的有限元模型,获得不同速度下切削稳定时涂层刀具前后刀面的接触应力、剪应力以及温度场。通过对涂层刀具施加已获得的刀具表面的应力场和温度场,分析了不同速度下摩擦分界点变化的规律以及对涂层基体界面应力的影响。结果表明,随着速度的增大,摩擦分界点逐渐有向前刀面移动的趋势,表明磨损的方式开始从后刀面磨损向前刀面月牙湾磨损转变,这与切削试验结果一致。同时随着速度的增大,涂层界面应力突变更加显著,表明高速条件下涂层更容易破坏,且速度越高,前刀面涂层破坏的几率越大。     

功能梯度涂层热残余应力

涂层中的残余应力严重影响着涂层零件的机械完整性与操作可靠性。对于功能梯度涂层,由于各界面位移协调条件的限制,很难得到涂层内部残余应力的闭合解。基于传统的悬臂梁理论,获得了功能梯度涂层热残余应力的闭合解;这一分析模型的优点是残余应力的闭合解与涂层层数无关。讨论了采用传统的近似解所带来的误差, 针对含不同层数的ZrO2/NiCoCrAlY功能梯度涂层内部的残余应力进行了计算。另外,对应力诱导的涂层失效模型也进行了分析。     

TiN涂层残余应力对其界面结合强度的影响

用X射线衍射法测试了40Cr基体表面生成的TiN涂层结合界面残余应力,并利用划痕试验法测试了TiN涂层的结合强度,建立了残余应力与结合强度的定性关系。试验结果表明,TiN涂层残余应力对其结合强度有明显的影响,涂层残余应力越大,其结合强度越小,在涂层制备程中减小残余应力,有利于提高其结合强度。     

中频电磁脉冲降低焊接残余应力的研究

利用中频电磁脉冲旋转磁场可以使常见熔融类铁磁性材料焊接结构件产生的残余应力明显降低。针对焊接件焊缝处残余应力,利用X射线衍射法进行无损检测,对经旋转磁场处理前后的焊接残余应力值的变化情况进行分析,通过试验对比,得出利用中频电磁脉冲旋转磁场处理焊接残余应力的方法可行合理,能使焊接残余应力明显降低并使应力均匀化。     

以ANSYS为分析器以导重法优化器的结构优化设计通用软件开发

研制出以ANSYS为分析器以导重法为优化器的结构自动优化软件SOGAl.该结构优化软件实现了ANSYS与导重法数据的自动交换,克服了优化迭代中的人为因素带来的影响,实现了完全自动化,进一步提高了结构优化导重法的工程实用性.通过对多个工程结构进行优化的应用算例,验证了该软件的可行性与优越性.     

机床主轴组件刚度ANSYS分析

有限元法是在工程分析中获得广泛应用的数值方法。阐明了用有限元法分析计算机床主轴组件刚度的步骤和方法,介绍了弹簧单元和考虑剪切变形的梁单元的刚度矩阵,简述了有限元分析软件ANSYS的方程求解器的使用。用软件ANSYS,对CK6132数控车床主轴组件进行了刚度计算和切削稳定性判别。     

一种数控机床床身的动力学分析与优化设计

应用Pro/ENGINEER软件建立机床床身的三维模型,再利用大型有限元分析软件ANSYS,对床身部件进行动力学分析,得出了床身前五阶固有频率,为了提高其动力学特性,并进行优化设计,从中选出优化的设计方案。     

硬质合金刀具金刚石涂层的热应力仿真

利用有限元分析软件ANSYS建立了金刚石涂层冷却阶段金刚石涂层热应力有限元模型,通过有限元模型研究了各工艺参数和基体几何尺寸对于热应力的影响。有限元仿真的结果表明,沉积温度、冷却速度、膜厚和硬质合金基体前角对热应力的影响较大。     

套料钻的热应力分析

本文通过ANSYS对套料钻进行热分析以及热应力分析,在模拟环境下求出最大热应力,为套料钻的设计提供理论依据。     

硬齿面刮削加工硬质合金刀具的有限元分析

利用大型通用有限元分析软件ANSYS对硬齿面刮削加工硬质合金刀具进行有限元分析,建立了更加符合工程实际的立体模型,得出了硬齿面刮削加工时硬质合金刀具的应力分布图和变形图,为尽可能提高刀具的抗崩刃和抗破损性能,获得了刀具设计的最优化的几何参数.     

翅片在切削-挤压成形过程中的应力分析

对翅片在切削-挤压成形过程中的力学特性及变形机理进行研究。提出了翅片在切削-挤压成形过程中的力学模型，利用ANSYS有限元软件计算了翅片内部的应力分布状况，对容易产生断裂和裂纹的位置进行了预测和分析，给出了进给量、切削深度和刀具主偏角对翅片应力分布的影响规律。分析结果与实验结果基本一致。     

基于ANSYS的装载机工作装置动臂应力分析

根据传统的装载机设计计算方法,本文以装载机在静力条件下正载和偏载的两种工况为例,应用ANSYS软件导入装载机动臂有限元模型,并在这两种工况下对动臂进行有限元分析。由此得出动臂的应力集中区域和应力分布云图。对工作装置的设计有一定指导意义。     

铝合金薄壁件加工变形试验验证及分析

针对不同几何尺寸的典型薄壁件,根据已有的铣削力数学模型,利用ANSYS 10.0进行薄壁件加工误差的理论分析,得出典型薄壁件加工变形的一般规律.在不同切削参数组下,进行实际铣削加工试验,测量其加工变形误差.由此来验证铣削力模型和有限元仿真的有效性.     

子模型法在球罐应力分析中的应用

工程设计中常需要对大型球罐的支柱连接区进行详细的应力分析。由于球罐设计需考虑风载荷及地震载荷,有限元分析时需对整体的1／2建模,计算规模大,在一定计算机容量下,网格密度受限,使得支柱连接区很难得到较高计算精度的解。子模型技术是解决此类问题最为有效的手段。对一大型球罐采用壳单元对主体结构进行1／2建模,并应用壳到体的子模型技术对支柱连接区进行应力分析,探讨该技术在大型球罐应力分析中的适用性。分析表明,在有限的计算机资源下采用壳到体的子模型技术可得到精度较高的计算结果。