机床大件不同装配工艺下装配应力分布试验研究

影响机床大件螺栓固定装配质量的主要因素是装配应力的状态与分布,为此,提出了一种基于应变测试的装配应力测试方法,该方法无需破坏工件的表面。在对自由表面应力状态分析的基础上建立了三向应变花测试数据与表面主应变的关系,再根据胡克定理建立主应力的计算公式。以某机床厂的主轴箱与导轨滑块的螺栓装配为对象,研究了螺栓装配不同工艺下装配应力状态与分布,试验结果验证了文中所提出方法的有效性。     

逆向工程和有限元仿真在螺栓装配工艺研究中的应用

针对结合面微观几何形貌和螺栓装配工艺对螺栓连接性能影响的重要性,利用逆向工程软件Imageware,并结合Pro/E建立基于真实微观粗糙表面的螺栓连接模型,通过PREST179单元模拟螺栓的预紧力,进行螺栓连接的有限元瞬态分析,从而在考虑结合面微观几何形貌的情况下,研究预紧力大小、预紧力施加速度对结合面应力状况的影响。根据有限元数值计算结果,建立了螺栓预紧力大小、速度和连接性能的关联模型,指导面向螺栓精密连接的装配工艺。     

基于ABAQUS的螺栓连接结合面仿真与研究

利用ABAQUS软件对螺栓连接结合面进行建模仿真和模态分析,分别对预紧力、连接单元和绑定等3种模型进行仿真分析,并建立螺栓连接试件模态实验进行实验研究。通过验证对比可知,每一种建模方式均能仿真得出螺栓连接试件各阶模态的振型和固有频率,均有各自的误差和模型特点,分别适用于不同的设备机构和环境。验证了各种建模方式对螺栓连接结合面仿真的准确合理性,为以后螺栓连接结合面尤其在数控刀架领域建模仿真方法的选择提供参考。     

低纬度热带岛礁大气环境中高强度不锈钢螺栓断裂分析

高强度不锈钢05Cr17Ni4Cu4Nb螺栓在低纬度岛礁大气环境中短期服役后出现延迟断裂,通过成分测试、金相观察、力学性能、硬度测试、断口观察等方法进行断裂分析。结果表明：螺栓金相组织无异常,化学成分、力学性能、硬度符合标准要求;断口形貌表明螺栓具有呈现树枝状裂纹、沿晶断口等典型应力腐蚀断裂特征;结合螺栓的装配结构、受力情况和服役环境,可以判断螺栓的环境致脆机理为应力腐蚀开裂。该螺栓在我国海南及其他热带、亚热带、温带等沿海海洋环境长期服役后未发生延迟断裂,这说明干湿交替频繁、盐雾与温湿度较高的低纬度热带岛礁大气环境促进05Cr17Ni4Cu4Nb螺栓在装配结构中应力腐蚀开裂行为的发生。     

表面喷丸改善铝合金高周疲劳寿命的试验研究

对7075铝合金试件引入表面喷丸强化工艺,测试并分析表面粗糙度、表层显微硬度与表层残余应力分布情况,评估试件在低循环应力下高周疲劳寿命的增益效果,结果表明,喷丸一方面可引入高应力峰值、大应力影响深度的表层残余压应力,是改善疲劳性能的主要因素;但另一方面,过度喷丸引入的表面缺口效应也使应力敏感性大为增加,易引起应力大幅松弛,总体上选择强度较小的喷丸工艺对改善试件高周疲劳寿命更加有利。     

Ti50Ni43Cu7合金在不同应力作用下的回复特性研究

研究了Ti50Ni43Cu7合金在290 MPa和245 MPa两种应力作用下的回复特性.测试了Ti50Ni43Cu7合金在两种应力作用不同循环次数下的回复应变.结果表明:在290 MPa应力作用下,随着循环次数的增加,残余应变的增加和马氏体的稳定化导致回复应变逐渐减少,回复应变趋于稳定.在245 MPa应力作用下,随着循环次数的增加,应力诱发马氏体相变临界应力值下降,预应变的增加大于残余应变的增加,回复应变逐步增大,随着马氏体的稳定化,回复应变趋于稳定.     

表面喷丸改善耐热钢主轴疲劳性能的试验研究

对1Cr12Ni3Mo2VN耐热钢主轴试件引入表面喷丸处理工艺,借助无损残余应力测试手段分析喷丸强度与喷丸覆盖率对试件表层残余应力分布的影响,并研究不同工况下的疲劳性能改善效果。结果表明,二者主要作用是在保持高应力峰值的基础上增大或巩固残余应力影响深度与应力峰值所在层深,但也增加了应力敏感性,造成应力大幅松弛。试件的疲劳寿命在室温下主要由喷丸强度控制,而在高温下还将受喷丸覆盖率的显著影响。     

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.     

金属薄膜电阻率与表面粗糙度、残余应力的关系

针对磁控溅射Au金属薄膜,从实验角度研究了该薄膜电阻率与表面粗糙度、残余应力的关系,并对结果进行了分析.结果表明:薄膜电阻率随着表面粗糙度及残余应力的增加而增大.分析认为,晶体取向可能在金属薄膜力学性能和功能性之间有某种联系,并从应变能角度给予了解释.该结果为进一步探讨薄膜力学性能和功能特性的内在关系提供了研究基础.     

应用有限元法对起吊螺栓的随机应力分析

以产品装配翻转吊具的起吊螺栓为研究对象，详细地论述了起吊螺栓在ANSYS环境下的应力样本值的求解过程，包括建模、求解和后处理，应力均值和方差的求取。     

柴油机用42CrMo钢高强度螺栓断裂失效分析

柴油机用42CrMo钢制高强度螺栓在紧固过程中发生了断裂掉头现象,通过宏观检验、化学成分分析、纤维流线及过渡圆角检验、显微组织检验和扫描电镜分析等手段,并结合螺栓加工工艺,对其断裂原因进行综合分析。结果表明:螺栓调质过程中,在应力集中的头杆结合区产生淬火裂纹并形成陈旧断口,减小了螺栓的有效承载面积,装配应力作用下因相对过载而断裂。头杆结合区过渡圆角半径偏小且加工不良是引发淬火裂纹的关键因素。     

40Cr零件预应力淬硬磨削表面粗糙度值分析

表面粗糙度值是重要的表面完整性指标之一,其数值及分布特征对机械零件使用性能影响显著。为研究预应力淬硬磨削复合加工零件表面粗糙度值特征及影响机理,以40Cr材料为载体,开展预应力淬硬磨削复合加工试验,分别测量加工后试件表面切入段、中间段、切出段的表面粗糙度值,分析表面粗糙度值及分布特征与机理。结果表明:试件表面粗糙度值沿表面分布不均匀,从切入段到切出段表面粗糙度值呈逐渐增大的趋势。预应力一定时,随着磨削深度的增加,试件表面粗糙度值逐渐增加;磨削深度不变,预应力增大时试件表面粗糙度值降低,表面完整性有所提高。      

Effect of joint conditions on the dynamic behavior of a grinding wheel spindle

A numerical model of a grinding wheel spindle was presented to analyze the dynamic behavior of the wheel spindle with respect to joint conditions. Each joint condition of the wheel-spindle assembly was modeled to examine the dynamic behavior change due to disk mode vibration and joint conditions such as the bolt tightening forces between flange and wheel, and the taper tightening force between shaft and flange contact surface. The effects of bolt and taper coupling joint conditions on the dynamic characteristics, natural frequency and damping ratio of vibration modes, were numerically investigated using this model. Experiments were performed to measure modal parameters and compared with the numerical results. The numerical results obtained from the model agreed well, within 5%, with the experimental results. It was found that joint conditions, such as bolt tightening force and taper tightening force, have significant influence on the dynamic characteristics; the maximum natural frequency change was about 60%. It was also shown that the disk mode vibration of the wheel greatly affects the vibration mode of a wheel-spindle assembly.     

干式切削20Cr表面粗糙度和残余应力研究

针对低渗碳钢20Cr材料制作齿轮轴等零件表面质量要求,如表面粗糙度低于1.6μm,零件表面耐疲劳性能良好。试验采用干式切削20Cr钢材方式,在背吃刀量固定的工序中,研究切削速度和进给量对20Cr材料表面粗糙度的影响,同时结合有限元技术,分析切削速度和进给量对20Cr表面残余应力的影响。干式切削试验采用单因素方法,进行多组干式切削20Cr工件,对比分析各组工件表面粗糙度,结果表明当进给量较小时,切削速度对工件表面粗糙度有显著影响,表现为表面粗糙度随切削速度增加而变大;当切削速度一定时,进给量增加导致表面粗糙度变大,并且进给量对表面粗糙度的影响大于切削速度;对于工件表面残余应力,增加切削速度和进给量均导致残余应力变大,因而较小的切削速度和进给量可以降低工件表面残余应力,改善应力分布状态。     

刀片表面粗糙度对工件表面残余应力分布影响的分析

目的探究硬质合金刀片表面粗糙度对加工工件表面残余应力分布的影响。方法首先通过Advant Edge FEM软件建立斜角三维切削模型,得出刀-屑间的摩擦模型。然后采用化学机械抛光方法对硬质合金刀片表面进行预处理,制备不同表面粗糙度的硬质合金刀片,通过对不同表面粗糙度的刀片进行四因素四水平的正交切削实验获得切削力,结合切削力的实验结果及刀-屑之间的摩擦模型,获得刀-屑间的摩擦系数,基于Advant Edge FEM对切削残余应力进行模拟仿真。最后,结合实验对仿真模型的合理性进行验证。结果采用表面粗糙度为0.02、0.04、0.08、0.2μm的硬质合金刀片切削45钢时,工件表面的最大残余应力分别为621.51、655.46、654.69、687.29 MPa。采用表面粗糙度为0.02μm的硬质合金刀片切削与采用表面粗糙度为0.2μm的硬质合金刀片切削相比,工件表面的最大残余应力减小了10.58%。结论硬质合金刀片的表面粗糙度越小,切削工件表面的残余应力越小。     

一种CMP试验装置的研制

通过机械加工使硬脆材料达到亚微米级的平面度,纳米级的粗糙度是非常困难的,而广泛应用于Ic加工领域的化学机械抛光(CMP)则能够实现工件的高精度加工要求.为此,设计了一台高精度的CMP试验装置,该装置用触摸屏完成人机对话,PLC作为整个测控系统的核心控制部分,通过接1:2完成数字、模拟信号的采集和对执行机构的控制,结构上具有结构简洁、控制方便的特点.在该装置上加工的直径100mm的不锈钢工件,平面度和粗糙度均达到或超过了设计要求.     

超声复合磨料振动抛光方法有限元分析与实验

为研究超声复合磨料振动抛光方法对工件表面材料去除量与工件表面粗糙度的影响,分析了超声复合磨料振动抛光方法;并利用ANSYS Workbench软件分别分析了超声振动条件下和超声复合磨料振动条件下工件表面结构与应力变化情况,同时在超声复合磨料振动条件下通过实验验证超声复合磨料振动抛光技术对工件表面材料去除量与工件表面粗糙度的影响程度。结果表明:超声复合磨料振动条件下工件表面位移小于超声振动条件下的工件表面位移,超声复合磨料振动条件下工件表面应力大于超声振动条件下的工件表面应力;在超声复合磨料振动条件下,影响工件表面粗糙度最显著的因素是磨料质量分数,影响工件表面材料去除量最显著的因素是抛光时间,且磨料质量分数为30%、抛光时间为4 h时,抛光效果最佳。     

高速列车用A286高温合金六角头螺栓头部热镦成形参数优化

为提高六角头螺栓头部热镦成形工序的合格率,选取影响成形质量较大的加热温度、热镦速度、摩擦系数3个因素设计了正交试验,并利用有限元分析软件Deform-3D建立了热镦过程的热力耦合数值模型,用数值模拟的方法对热镦后坯料的等效应力、等效应变、损伤值和成形载荷这4个目标参数进行多目标优化分析,优化设计了A286高温合金六角头螺栓头部热镦成形的工艺参数。数值模拟结果表明:与厂家原有方案相比,当工艺参数优化为加热温度为1050℃、热镦速度为60 mm·s-1、摩擦系数为0.3时,各目标参数均有所改善,可大大提高工件的合格率及生产效率。采用经优化的热镦工艺参数组合进行生产试验,结果显示:螺栓头部成形效果好,满足该工序质量要求。本研究为实际生产提供了理论依据。     

Influence of workpiece hardness on EDM performance

The aim of this research is to show the influence of the hardness of the alloy steel on the material removal rate and on the workpiece surface roughness.The Taguchi methodology was used to study that influence. The result of the verification test for workpiece surface roughness was a strong confirmation. This type of outcome allows the use of the additive model to predict the workpiece surface roughness with an average error of 0.4%.The result of the verification test for material removal rate was a poor confirmation due to an interaction of parameters. This type of outcome does not allow the additive model to predict the material removal rate with accuracy. Therefore, a linear regression model was developed for material removal rate using workpiece hardness and its interactions, among other variables. This model predicts the material removal rate with an average error of 1.06%.These results show that workpiece hardness and its interactions have influence on the material removal rate and on the workpiece surface roughness.