2024铝合金超精密车削表面残余应力模拟及参数优化

基于ABAQUS软件对2024铝合金的超精密车削过程进行热力耦合仿真模拟,研究了切削三要素对工件表面残余应力的影响规律,并采用了评价函数的方法,以低残余应力为目标进行了切削参数优化。结果表明:2024铝合金已加工表面（切削稳定区域）以压应力为主,随着距已加工表面距离的增加,残余压应力值减小并逐渐变为拉应力,残余应力分布深度在10μm内。随着切削深度（10～30μm范围内）的增大、切削速度(50～150 m·min-1范围内)的减小、进给量（10～24μm范围内）的增大,2024铝合金工件表面残余应力呈现增大趋势,采用评价函数进行优化,确定了当切削速度129.865 0 m·min-1(实际切削加工可取130 m·min-1),进给量为8.9μm,背吃刀量为1μm时,总体表面残余应力最小,表面质量更优,经过车削实验也验证了结论的可靠性。     

镁合金低温切削性能及工艺参数优化

为改善镁合金的切削加工性能及加工表面完整性,优化切削加工工艺参数,基于拟水平法设计了四因素四水平正交车削试验,研究切削三要素以及切削介质（常温干切、液态二氧化碳和液氮）对ZK61M镁合金车削加工表面完整性的影响规律。实验结果表明：切削深度对切削力的影响最显著,进给量次之,切削速度的影响较小,低温切削能降低切削力,但对切削力的影响不显著;进给量对表面粗糙度和残余应力具有显著影响,随着进给量增大,表面粗糙度增大,并引入表面残余拉应力;冷却介质对表面粗糙度和表面残余应力具有次显著影响,相比于常温切削,采用低温切削能有效降低加工表面粗糙度,细化表层晶粒,增大表面残余压应力,同时,采用液态二氧化碳作为冷却介质的效果优于液氮。基于灰色关联分析得到ZK61M镁合金低温切削的最优工艺参数：v_c=100 m/min,f=0.05 mm/r,a_p=0.4 mm,采用液态二氧化碳作为冷却介质。用关联分析结果建立了工艺参数与加工质量间的响应预测模型,平均误差为7.93%。     

利用FEM修正法测量Ti6Al4V管件表面残余应力

为精确测量车削加工钛合金薄壁管件引起的表面残余应力,综合考虑测量精度、可操作性以及节约材料等因素,运用有限元法(FEM)分析确定零件合适的轴向长度,结果表明:当管件的轴向长度与外径比值λ≥1.11时,其边缘效应对于测量结果的影响可以忽略不计.为对零件剥层后新表面应力值变化进行补偿,运用FEM修正法对X射线法测得的剥层后表面应力值进行修正,测量结果表明:Ti6Al4V管件车削加工引起的表面残余应力在轴向和切向上均呈压应力状态,切向应力高于轴向应力,深度为60μm时,两个方向的残余应力都已基本趋于0.表明该修正方法计算简单,其修正精度明显高于传统修正方法,可以广泛运用于实际表面加工残余应力的测量过程.     

硬铝合金超精密车削残余应力的仿真及试验

为满足超精密车削加工零件低表面应力的使用性能要求,采用有限元和试验相结合的方法,对硬铝合金进行微米级的超精密车削仿真和试验.分析切削过程的切削力和切削温度,研究已加工表面残余应力产生的原因及残余应力的性质,得到切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.仿真结果表明:金刚石刀具车削硬铝合金,切削温度低,切削力小,但是单位切削力大.切削力是已加工表面形成残余压应力的主导因素.表层残余应力随着切削深度的增加而变大,随着切削速度的增大反而有减小的趋势.在微米级硬铝合金的超精密切削过程中,切削深度对已加工表面残余应力的影响更为显著.进行微米级的超精密车削试验,采用XRD对表层残余应力进行测量,对有限元仿真结果进行了验证,为硬铝合金超精密车削表面残余应力的控制打下理论基础.     

不同喷丸工艺下残余应力沿深度的分布规律

利用X射线衍射法系统研究了16种不同喷丸工艺产生的残余应力。每个工件取4个不同位置测点,每测点在表面下250μm范围内取8个测试深度,采用电解抛光进行剥层,结果表明:国产弹丸最大残余压应力出现在表面下50μm处,影响层深150μm;进口弹丸最大应力出现在50~75μm处,影响层深为200μm;喷丸工艺中抛头转速与阿尔门值成正比,随阿尔门值增大残余应力略有增加,但残余应力最大值与阿尔门值之间没有定量对应关系;喷丸后残余应力的影响层深度与弹丸特性有直接关系,而与抛头转速无关。     

基于Deform-3D的镍基高温合金残余应力仿真分析

GH4169镍基高温合金应用广泛,但是属于难以加工的材料,而且已加工表面的残余应力很容易导致工件变形,从而影响工件的加工质量。应用Deform 3D软件,研究了不同切削用量下残余应力的变化规律。研究结果表明,切削速度的变化对表面残余应力的影响甚小|背吃刀量和进给量增大,表面残余应力随之增大|随着切削用量的增加,工件内部残余应力亦随之增加。     

低温微量润滑高速车削高强度钢表面质量研究

基于工艺参数优选结果,通过单因素试验分析不同切削环境和低温微量润滑环境下的切削参数(切削速度、进给量)、工艺参数(射流温度、切削油用量)对表面粗糙度、表面微观形貌、加工硬化和残余应力的影响及原因。结果表明,低温微量润滑环境可有效降低表面粗糙度,改善表面微观结构,减小加工硬化程度和残余应力;进给量减小和切削速度增加可以减小表面粗糙度和加工硬化,残余应力随进给量增加呈波动变化,随切削速度的增大呈增大趋势;加工硬化程度和残余应力均随射流温度的减小和切削油用量的增大呈先减小后增大趋势,在射流温度T=-45℃,切削油用量Q_o=20 ml/h时达到最小值。     

钛合金的已加工表面残余应力的数值模拟

为了揭示高速切削对航空钛合金加工表面残余应力的影响，利用三维斜角切削有限元模型对钛合金Ti6Al4V的高速切削加工过程进行了模拟，获得了不同切削速度和不同切削深度下的已加工表面残余应力分布.模拟结果表明：切削速度对已加工表面残余应力具有重要影响，而切削深度对已加工表面残余应力影响较小; 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; 3个主方向的残余应力值随切削速度的增加而增加，而随切削深度的增加无明显变化; 切削速度和切削深度对残余应力层的厚度影响都很小.     

激光强化后7050凹槽铝板的残余应力分布规律研究

为了研究激光冲击强化后7050-T7451凹槽铝板残余应力场分布,测量了冲击后凹槽的残余应力分布规律:从凹槽中心到凹槽边缘,残余应力逐渐减小;在凹槽边缘底边处取最小值;然后沿凹槽边缘上升而增大,表面残余应力在凹槽曲面底边处取到最小值。采用ABAQUS有限元软件建立凹槽铝板的三维有限元模型,利用VDLOAD子程序施加载荷,进行数值分析得到了激光喷丸后残余应力分布并与试验测量结果对比,符合较好;然后研究了不同激光参数对凹槽铝板残余应力场的影响规律。结果表明:随着激光功率密度从0.84 GW/cm~2增加到5.29 GW/cm~2,残余应力先减小后增加,激光功率密度为3.06 GW/cm~2时达到最小值-230 MPa;随着光斑直径从4 mm增加到6 mm,残余应力由-214 MPa增加至-30 MPa;随着激光脉宽从10 ns增加到40 ns,残余应力由-21 MPa减小至-288 MPa,残余压应力层深度逐渐增加;表面残余应力的最小值在凹槽曲面处取得。     

喷丸工艺对DC53钢表面完整性的影响试验研究

为了探究喷丸角度、喷丸压力等喷丸工艺参数对DC53钢表面完整性的影响,通过试验研究了不同喷丸角度、喷丸压力对DC53钢表层残余应力场分布及硬度场分布的影响规律,同时分析了喷丸后的表面形貌及喷丸工艺参数对表面粗糙度的影响.结果表明:喷丸后DC53钢引入了一定深度的残余压应力层,残余压应力随深度的增加呈现"U"型分布,当喷...     

Experimental Study of Machinability in Millgrinding of SiCp/Al Composites

An attempt was made to investigate the machinability of Si Cp/Al composites based on the experimental study using mill-grinding processing method. The experiments were carried out on a high-speed CNC machining center using integrated abrasive cutting tool. The effects of combined machining parameters, e g, cutting speed(vs), feed rate(vf), and depth of cut(ap), with the same change of material removal rate(MRR) on the mill-grinding force and surface roughness(Ra) were investigated. The formation mechanism of typical machined surface defects was analyzed by SEM. The experimental results reveal that with the same change of material removal rate, lower mill-grinding force values can be gained by increasing depth of cut and feed rate simultaneously at higher cutting speed. With the same change of MRR value, lower surface roughness values can be gained by increasing the feed rate at higher cutting speed, rather than just increasing the depth of cut, or increasing the feed rate and depth of cut simultaneously. The machined surface of Si Cp/Al composites reveals typical defects which can influence surface integrity.     

轴承淬硬钢硬车残余应力有限元仿真分析及实验验证

高速、小余量、硬车削是轴承淬硬钢加工的重要发展方向。为了研究小进给条件下轴承淬硬钢硬车加工后表层残余应力的分布问题,采用二维有限元方法对轴承淬硬钢AISI 52100硬车加工过程进行了仿真,获得了加工后材料表层残余应力。基于Konti Cut用户子程序对稳态切削过程进行建模,并对加工后的表面残余应力进行了预测。通过不同加工参数下的残余应力仿真与实验对比,得出仿真与实验预测趋势基本一致的结论,在工件表层0.02～0.06mm以上形成了较大数值的残余压应力。     

CVD复合涂层刀具在天然大理石切削中的磨损特性

目的分析CVD复合涂层刀具在天然石材加工中的磨损特性,探讨涂层刀具在石材加工中参数选择的合理性．方法使用CVD复合涂层刀具对天然大理石进行了高速铣削试验,利用测力仪测量出不同加工参数下的切削力,分析不同参数对切削力的影响,利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,通过能谱分析刀具组成．结果CVD复合涂层刀具切削天然大理石过程中,切削力随切削深度和进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,切削深度对切削力的影响程度最大．刀具磨损量随主轴转速的增大而减小,与切削深度和进给速度之间为非线性关系,进给速度高于2000mm／min时出现整体磨损,磨损量不随进给速度的增大而变化．结论CVD复合涂层刀具铣削天然大理石时的磨损机理是：涂层和刀具基体的机械损耗去除（剥落和崩刃）、高温下的氧化磨损和粘结磨损．由于工件和刀具表面存在摩擦产生热量,刀具涂层发生粘结磨损,在周期性冲击力作用下造成后刀面涂层和基体的机械损耗去除,裸露的刀具基体与空气中的氧发生氧化磨损,其中机械损耗去除磨损和粘结磨损伴随整个刀具磨损过程．     

基于最小表面磨损率的铁基高温合金车削加工研究

根据最小表面磨损率理论,使用涂层硬质合金刀具对铁基高温合金GH2132进行了干式车削试验。采用单因素法优选切削参数,建立了最小表面磨损率条件下切削力、切削温度及表面粗糙度与切削用量之间的关系,借助电子扫描显微镜(SEM)对试验中产生的加工现象和刀具磨损机理进行了阐述。试验结果表明:刀具在进给量f=0.1 mm/r,切削深度ap=0.1 mm,切削速度v=90 m/min条件下切削时,刀具磨损强度最低,消耗最少,切削路程最长,加工精度最高;刀具的磨损机理前期以涂层剥落为主,后期主要表现为疲劳引起的切削刃崩刃。     

基于虚拟加工的数控车削过程优化

为了优化车削加工过程,提高加工效率,提出基于虚拟加工技术预测实际切削参数,采用数控程序优化实现数控切削过程优化的方法.应用轮廓多边形的工件模型表示法,研究车削过程中瞬时切削深度和切削速度的获取算法,进一步利用优化算法和数控程序修正,实现数控车削过程的优化.实际切削实验和分析对比表明:加工时间显著缩短,充分利用了机床加工能力,优化后的切削过程得到了改善,提高了加工效率。     

车削加工过程中切削力的试验研究

运用DEFORM仿真软件对金属切削过程进行仿真实验,以金刚石为切削刀具,AISI52100淬硬钢为工件材料,采用正交仿真实验分析切削速度、进给量、切削深度对切削力的影响规律,并给出实验范围内的最优加工参数组合,当切削速度vc=120 m/min、进给量f=0.10 mm/r、切削深度为时ap=0.1 mm,切削力达到最小。最后运用回归分析方法建立切削力的经验模型,对得到的经验公式进行显著性检验,证明经验公式的可信性。     

Effect of cutting speed on residual stress of special coating during remanufacturing

To study the residual stress of the special coating at different cutting speeds, the cutting of FeAlCrBSiNb coating is analyzed with the finite element method (FEM) and experiment according to the coating characteristics. The CNC machine tool is used to cut the coating and the X-ray stress equipment is used to measure the residual stress of coating. The experimental and FEM results agree with each other. Also, the residual-stress coating depth is deeper and the residual stress of the coating surface is larger with increasing cutting speed. In addition, the residual stress of the coating surface is in the suppression state affected by axial residual stress and circumferential residual stress, and the residual stress of the deeper coating is in the tensile state based on the original state of arc spraying and cutting process.