真实粗糙表面接触模型的研究

真实工程表面并不是完全光滑的。当两物体相互接触时 ,真实表面实际上是微凸体间的接触。分析真实粗糙表面间的接触对研究摩擦、磨损和润滑起着非常关键的作用。合理地描述润滑状态和摩擦热边界条件也取决于对真实接触状态的求解。本文从 3个方面研究了粗糙表面接触计算模型的主要构成 :粗糙表面轮廓的描述、确定接触压力和表面位移之间关系的计算公式以及求解几何非线性接触问题的方法。最后给出了算例     

液滴在钛合金疏水表面上的接触铺展特性

研究液滴与固体基体疏水表面的接触铺展特性。采用定量注射的方法,使液滴从固定高度落下撞击钛合金基底表面,研究液滴撞击疏水表面并铺展的过程,通过CCD和接触角测量仪观察、记录液滴与基底表面接触直径、接触角等参数的变化。结果表明:液滴与基底表面的接触分为撞击和扩散2个阶段;撞击过程中,液滴的体积越大,其与基底表面接触的平均速率越快;扩散过程中,液滴体积和表面张力的减小均可增加其与基底表面接触的速率,但表面张力对接触速率的影响随着表面疏水性的增强而减小。     

有限元分析冲击滑动接触下应力分布的新方法

为了研究冲击滑动接触下材料表层及次表层应力的分布状态,建立了冲击滑动耦合作用下的接触模型,利用虚拟接触载荷法离散载荷,简化了有限元模型中的接触搜索算法,提高了计算效率。计算结果表明,冲击滑动接触主要表现为剪切表面化和接触应力非对称化。     

硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V界面摩擦特性研究

钛合金Ti6Al4V具有高的比强度、良好的机械性能和抗蚀性,但因其化学活性大、导热系数低,切削时刀具磨损严重。为选择合理切削参数以减少刀具磨损,研究钛合金在不同切削条件下刀-屑/工界面的摩擦特性。结果表明,在切削速度较低时,刀具磨损表面紧密接触区附有大量黏结物,而在切削速度较高时,会产生不稳定粘结物,且刀具与工件材料接触面发生扩散,不稳定黏结物的脱落造成刀具微崩刃,加速刀具的磨损;采用合理的切削速度时,黏附在刀具表面的工件材料会发生氧化反应,生成的氧化物具有一定边界润滑作用,使黏结磨损与氧化磨损达到平衡,因此能减弱刀具-工件间接触时的高温黏结,降低刀具的磨损。     

钛合金铣削过程刀具前刀面磨损解析建模

钛合金Ti6Al4V作为典型的航空航天难加工材料,在其铣削过程中硬质合金刀具的磨损会降低加工过程稳定性,进而影响加工效率和已加工表面表面质量。刀具前刀面磨损会导致刀具刃口强度降低,并影响切屑的流向和折断情况。针对前刀面磨损机理进行分析并构建了月牙洼磨损深度预测模型。首先运用解析方法构建了前刀面应力场模型,得到切屑在前刀面滑动过程中的刀具前刀面应力分布情况及磨损位置。基于刀-屑接触关系的基础上建立了前刀面温度场模型。然后,基于所得刀具前刀面应力与温度分布,构建综合考虑磨粒磨损、粘结磨损与扩散磨损的铣刀月牙洼磨损深度预测模型,获得月牙洼磨损预测曲线;结合铣刀月牙洼磨损带沿切削刃方向分布的特点,建立了随时间变化的铣刀前刀面磨损体积预测模型。最后通过试验验证了切削宽度对前刀面磨损的影响规律,预测结果与试验测量值具有较好的吻合性。结果表明随着切削宽度的增加,月牙洼磨损深度及前刀面磨损体积都随之增加。研究结果为钛合金铣削用刀具的设计和切削参数的合理选择提供了理论基础。     

TC4钛合金切削刀具磨损对切削过程影响的研究

通过建立的钛合金切削加工仿真数值模型,研究了刀具磨损对钛合金切削过程中切削力、切削温度及切屑形态的影响规律,并对这些影响的产生机理进行了讨论。结果表明:随着磨损程度的增大,切削力及切削温度会迅速增加;月牙洼磨损会引起切削力的剧烈震荡且振幅随磨损的增大而增大,后刀面磨损将增大切削力;锯齿形切屑的变形程度在加大,但是锯齿产生的频率在降低。     

粗糙齿面啮合弹塑性接触分析

为研究粗糙齿面啮合过程中弹塑性接触行为,从粗糙曲面弹性接触算法出发,结合ZMC弹塑性接触模型,得到适于齿轮传动啮合计算的粗糙曲面弹塑性接触算法。同时,为减小粗糙齿面接触建模过程中采样间隔影响,利用微观形貌拟合方法作几何预处理,计算得到相对稳定的微凸体分布参数。针对实测粗糙齿面形貌,基于所提方法开展齿轮啮合过程弹塑性接触计算,对比分析不同条件下粗糙齿面弹性与弹塑性模型接触参数变化规律。研究表明:不考虑塑性变形将使得粗糙齿面接触行为预测产生偏差,且这种偏差与塑性指数、粗糙度有关。     

CBN刀具正交切削钛合金温度场的有限元分析

应用ABAQUS/Explicit软件建立了钛合金Ti6Al4V的二维正交切削模型,采用温度—位移耦合分析步,研究了CBN刀具二维正交切削Ti6Al4V时切削参数及刀具前角对切削温度的影响。研究结果表明,切削速度、切削厚度的增大均会使切削温度升高,其中切削速度对切削温度的影响最大,切削厚度次之;切削温度随着刀具前角的增大而降低,但当前角继续增大至20°后,切削温度略有上升。切削区高温分布区域随切削速度的增加而有所减小,随着切削厚度的增加,切削区高温分布区域增加。     

高速切削加工钛合金的刀具材料

概括介绍了钛合金的性能特点,分析了钛合金切削加工困难的主要原因,重点对国内外切削加工钛合金的现状作了详细介绍,由此明确了目前国内和国外切削加工钛合金水平的差距,最后指出在国内寻求一种或几种高速切削加工钛合金刀具材料的紧迫性和必要性。     

微细切削刀具切削刃局部应力分析

在分析目前微细切削刀具设计过程缺陷的基础上,针对微细切削中切削厚度相对较大、可忽略切削刃刃口半径的情况,研究了切削刃附近的局部应力分布状态,建立了微细切削刀具切削刃附近应力分布的数学模型,并阐述了切削厚度对微细切削刀具强度的影响.     

滑动速度对钢轨表面接触应力的影响

利用ANSYS有限元软件建立轮轨系统弹性平面应变有限元简化模型,模拟轮轨滑动接触行为。研究机械载荷条件下滑动速度对钢轨接触表面接触应力的影响,以及热-机耦合载荷条件下滑动速度对钢轨表面接触应力、摩擦温升的影响,并对2种条件下的接触应力进行比较分析。结果表明:耦合载荷条件下的接触应力较机械载荷条件下显著增加,分布更集中于接触斑附近,即轮轨相对滑动产生了明显的摩擦热效应;滑动速度增加,摩擦热效应越明显,热影响层越浅,即滑动速度对接触应力有显著影响,钢轨接触应力分析时必须考虑滑动速度的影响。     

预应力切削加工TC4钛合金表面残余应力的有限元模拟

采用预应力切削方法对TC4钛合金进行加工,建立了预应力切削TC4钛合金的有限元模型,模拟了不同预应力下锯齿状切屑的形成过程及加工表面的残余应力分布情况,然后将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:预应力切削可以调整已加工表面的残余应力分布状态和应力值,在弹性变形范围内,预应力越大,加工后表面的残余压应力越大,残余压应力的分布也越深;预应力对锯齿状切屑的形成无明显影响;模拟结果和试验结果具有较好的一致性。     

汽车钛合金连杆切削加工中的刀具磨损研究

以汽车钛合金连杆为研究对象,分析了钛合金连杆在切削加工工艺过程中的刀具磨损量、切削力和刀具寿命随着切削速度、润滑压力的变化规律。试验分析结果表明:刀具磨损量随着切削速度的增加而增加,随着水射流润滑压力的增加先减小后增加;刀具切削力和轴向力均随着水射流压力的增大先减小后增加,但轴向力的变化较切削力更加敏感,变化速率更快;刀具寿命随着切削速度的增加而减小,随着水射流压力的增加先增大后减小,钛合金连杆的最佳工况为切削速度75m/min,润滑压力10MPa。     

钛合金加工特性分析及刀具选择

钛合金因其性能的优越性,在航空、航天、石油、化工、汽车和核武器事业等生产领域得到了广泛的应用,但在数控加工钛合金过程中,存在切削效率低下、刀具耐磨性差、切削排屑困难等加工难题.本文通过多次加工试验和研究,总结出了一套加工钛合金的方法,取得了较为理想的切削效果.     

静电冷却干式切削钛合金TC4的刀具磨损试验研究

钛合金TC4的切削加工性差,采用极压切削液会污染环境,不符合可持续发展要求,故提出了静电冷却的绿色切削技术,研制了空气电离装置及供气系统,分别在干切、乳化液和静电冷却条件下,对硬质合金刀具YG8切削钛合金TC4时的后刀面磨损进行了试验研究,给出了后刀面磨损曲线,建立了切削速度与刀具使用寿命的关系式。结果表明,静电冷却可减少刀具磨损,提高刀具寿命,是一种清洁的绿色冷却切削工艺。     

钛合金表面的热氧化层工艺及性能

用热氧化后真空扩散处理工艺在Ti-6Al-4V合金表面制备了与基体结合良好的硬化层，并在空气和真空条件下分别进行了摩擦磨损试验。结果表明，硬化层由表面氧化物薄层和氧扩散区组成。经790℃真空扩散后，表面氧化层中的部分TiO2发生了分解，在表面与基体之间沿层深方向产生了一定的硬度梯度。热氧化后进行真空扩散的工艺可有效地降低Ti-6Al-4V合金与GCr15钢在空气和真空中的干摩擦系数，提高Ti～6Al-4V合金在空气和真空中的磨损抗力。     

基于ABAQUS的表面微织构刀具切削钛合金仿真研究

利用有限元软件ABAQUS构建钛合金切削过程的二维仿真模型,通过钛合金切削试验验证模型的正确性。对微织构刀具切削钛合金的过程进行仿真,与无微织构刀具切削钛合金的仿真进行对比分析,研究了微织构刀具应力分布、切削力的变化规律以及对等效塑性应变的影响。仿真研究表明,微织构的存在对切削过程中刀具的应力分布有积极的改善作用,可以降低切削力,减少塑性应变。     

TC4钛合金焊接过程温度场分析与受力模拟

焊接过程中由于温度场作用,导致工件内部存在残余应力,从而使工件产生变形,加工精度受到影响。本文对焊接温度传导过程以及受力情况进行分析,总结了影响焊接质量的相关因素,并以TC4钛合金为例,对其在进行激光—MIG焊接时的温度场变化及应力变化进行数值模拟,为分析焊接时失稳变形以及变形控制方法的研究提供理论参考。     

TA15钛合金切削振动与表面质量关系研究

通过单因素试验对TA15进行外圆车削加工,采集振动信号并提取信号特征值,分析了切削用量对切削振动和表面粗糙度的影响规律,揭示切削用量对振动的影响,并根据正交试验结果分析切削用量对振动和表面粗糙度影响的主次关系,得到优化的切削用量。试验研究表明:切削用量中,切深对切削振动影响最大,其次为进给量,切削速度影响最小。改变进给量时,振动加速度与表面粗糙度近似成线性正比关系;改变切深时,振动加速度随表面粗糙度的增加而增加。