7050铝合金二维超声滚压加工残余应力场研究

目的研究二维超声滚压后7050铝合金残余应力场的形成过程和表层残余应力的分布规律。方法利用有限元软件模拟二维超声滚压加工,分析残余应力场的形成过程及表层残余应力的分布规律;采用正交试验方法进行7050铝合金二维超声滚压加工试验,研究工艺参数对表面残余应力的影响规律,并与有限元分析结果相对比,验证有限元模拟的合理性。结果在二维超声滚压加工过程中,7050铝合金表层材料应力随时间先减小后增大,最后趋于稳定,形成残余应力。残余压应力沿滚压深度方向先增大后减小,再转化为残余拉应力。残余压应力层厚度约为1.05 mm,最大残余压应力值约为285 MPa。在相同的工艺参数下,有限元分析结果与试验结果基本吻合。静压力对表面残余应力的形成影响最大,表面残余压应力随静压力的增大而增大。结论二维超声滚压加工使7050铝合金表面发生剧烈的塑性变形,并形成一定深度的残余压应力。铝合金表面残余压应力随静压力的增大而增大,而与转速和进给量无关。     

脉冲激光对6106铝合金表面形貌及氧含量的影响

研究了脉冲激光清洗在不同的清洗速度以及不同的脉冲重复频率下铝合金表面形貌以及表面氧元素含量的影响。试验结果表明,在清洗速度较低时(0.1～0.6 m/min),铝合金激光清洗过的表面呈溅射重叠的状态,当清洗速度大于0.8 m/min时,脉冲激光在铝合金表面的形成的冲击坑逐渐变得分散、独立;铝合金表面氧元素整体的含量随清洗速度的增减呈先下降后增加的趋势,在清洗速度较小或者较大时,氧元素含量均接近母材表面氧元素含量水平,氧元素含量分布具有明显的区域性,脉冲激光冲击坑的位置氧元素含量明显高于周围未冲击位置。随脉冲重复频率的增加,铝合金表面形貌由独立冲击坑逐渐过渡为溅射重叠的状态,表面氧元素整体含量明显下降,约为母材氧含量的1/2,氧元素的分布也逐渐变为弥散。     

脉冲激光对6106铝合金表面形貌及氧含量的影响

研究了脉冲激光清洗在不同的清洗速度以及不同的脉冲重复频率下铝合金表面形貌以及表面氧元素含量的影响。试验结果表明,在清洗速度较低时(0.1~0.6 m/min),铝合金激光清洗过的表面呈溅射重叠的状态,当清洗速度大于0.8 m/min时,脉冲激光在铝合金表面的形成的冲击坑逐渐变得分散、独立;铝合金表面氧元素整体的含量随清洗速度的增减呈先下降后增加的趋势,在清洗速度较小或者较大时,氧元素含量均接近母材表面氧元素含量水平,氧元素含量分布具有明显的区域性,脉冲激光冲击坑的位置氧元素含量明显高于周围未冲击位置。随脉冲重复频率的增加,铝合金表面形貌由独立冲击坑逐渐过渡为溅射重叠的状态,表面氧元素整体含量明显下降,约为母材氧含量的1/2,氧元素的分布也逐渐变为弥散。     

58SiMn高强度钢车削表面完整性的试验研究

目的研究58Si Mn高强度钢表面完整性评价指标受切削参数影响的变化规律。方法分别设计单因素和正交试验,采用涂层硬质合金刀具对58Si Mn高强度钢进行车削加工试验,通过采集相关数据,分别讨论了切削深度、进给速度和切削速度变化对表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表层微观组织变化等方面的影响。结果进给速度对表面粗糙度的影响最显著,切削速度次之,切削深度的变化对表面粗糙度无直接影响。已加工表面的残余应力随切削速度和进给量的增大而增大。显微硬度随切削深度的增大而减小,随进给量的增大而增大,层深上的显微硬度则呈现先减小后增大的趋势。表层微观组织受切削速度影响不大,未出现明显的相变和晶粒歪曲。结论降低进给速度是减小工件表面粗糙度最直接有效的方法,提高切削速度并不能使表面粗糙度明显减小。工件表面的轴向和切向残余应力均为拉应力,为提高零件使用性能,应采取相应的措施使之转化为压应力。     

喷嘴结构对微等离子弧输出特性影响的数值仿真与验证

通过数值模拟和试验研究相结合的方法,在考虑微等离子喷枪喷嘴结构的条件下,建立了大气压下脉冲放电微等离子弧的数值模型,重点研究了喷嘴孔径、喷嘴工件距、阴极内缩量以及电流大小对微等离子弧的影响,并通过光谱仪来表征微等离子弧作用的温度分布。结果表明:喷嘴结构对微等离子弧的形成与稳定有重要影响:在有效压缩距离点内,喷嘴孔径的减小以及喷嘴工件距离的缩近才对工件温度的提高有显著影响;一定范围内,工件的温度随电流的增大而增大;阴极内缩量对工件的温度影响不大。微等离子弧温度场的数值模拟结果与光谱仪测量结果基本一致,验证了模型的可靠性。     

增强体对汽车用7039铝合金钻削加工性能影响的研究

针对汽车用7039铝合金耐磨性较差等问题,试验制备了加入几种不同增强颗粒的7039铝合金基复合材料,研究加入了不同增强颗粒对7039铝合金加工特性的影响。在不同钻削速度和不同进给速度下进行钻削加工试验,得到各种材料的表面粗糙度、刀具钻削力及扭矩的变化规律。试验表明,7039铝合金及其复合材料的表面粗糙度随着主轴转速增加而减小,随着进给速度增加而增大;钻削力和扭矩随着钻削速度增加而减小,随着进给速度增加而增大;添加Al2O3的7039铝合金基复合材料的加工性能要优于其他增强体的复合材料,7039铝合金及复合材料的最佳钻削加工工况为主轴转速4 500 r/min和进给速度每齿0.1 mm;该研究为铝合金及其增强复合材料的加工制造提供参考。     

小直径LF6铝合金管数控弯曲回弹规律

航空用小直径铝合金管在数控弯曲卸载后会产生比较明显的回弹现象,影响零件的几何和形状精度。基于有限元软件AUTOFORM,建立了LF6铝合金管数控弯曲弹塑性有限元模型。利用该模型,研究了弯曲角度与卸载后回弹角度之间的关系,并通过正交实验分析了工艺参数对小直径LF6铝合金管数控弯曲回弹的影响规律。结果表明,回弹角随着弯曲角度的增大而线性增大;回弹角随芯棒伸出量的增大而减小,随芯棒与管材间隙和管材与压块间摩擦系数的增大而增大,压块相对助推速度小于1时,回弹角增大。     

TC4钛合金微束等离子弧堆焊接头成形研究

分析研究了TC4钛合金薄板微束等离子弧堆焊工艺参数对接头成形的影响。试验结果表明,随焊接电流的增加,堆焊高度明显减小,堆焊宽度明显增加;随焊枪与焊件距离的增大,堆焊高度略微增加,堆焊宽度略微减小;随送丝速度的增大,堆焊高度和堆焊宽度均显著增加。热输入和稀释率是导致上述试验结果的主要原因。     

铣削参数对航空铝合金薄壁件表面粗糙度的影响

以7050-T7451航空铝合金薄壁件为试验对象,运用单因素实验方法对其进行高速铣削试验,研究了铣削速度、每齿进给量、铣削深度和铣削宽度四个铣削参数与薄壁件表面粗糙度之间的变化规律。研究结果表明:铣削速度对表面粗糙度的影响很小,基本可忽略;表面粗糙度随每齿进给量和铣削深度的增加而增大;铣削宽度增大时,表面粗糙度先增大后减小,铣削宽度超过5 mm后,表面粗糙度基本不变,对于保证加工质量具有重要意义。     

航空铝合金腹板铣削加工的表面粗糙度的研究

以7050-T7451航空铝合金腹板为研究对象,并通过高速铣削试验,分析铣削力、刀具副偏角和每齿进给量对腹板表面粗糙度的影响。结果表明:表面粗糙度随铣削力、刀具副偏角和每齿进给量的增大而增大;随铣削深度ap的增大,表面粗糙度呈现先增大后减小的趋势,且当ap2.4mm,表面粗糙度基本不受其影响。研究结论对生产实践有重要的指导意义。     

常压空气等离子处理对铝合金胶接接头强度的影响

为改善铝合金表面润湿性与胶接强度,采用常压空气射流等离子体对5052铝合金进行表面处理。通过接触角测试,表面自由能计算和胶接接头剪切强度测试表明处理时间对铝合金表面改性效果影响不大,随着处理距离减短,铝合金表面自由能、胶接接头强度均逐步提升。处理距离为5 mm时等离子处理铝合金获得最佳表面改性效果,铝合金胶接接头剪切强度由10.6 MPa提升至19.3 MPa,失效模式由界面失效转变为内聚失效。利用SEM,XPS,傅立叶变换红外光谱等检测手段分析不同处理距离对应表面理化特性的变化,结果表明:处理距离较远时,等离子体并未改变铝合金表面物理形貌,其主要改性效果体现为表面清洗;处理距离较近时,铝合金表面高温熔融产生复杂微结构的粗糙氧化层,同时氧化层表面吸附羟基等极性官能团,显著提升了其表面自由能与胶接强度。     

激光一次性去除铝合金飞机蒙皮涂层实验与数值研究

目的 研究激光的频率、功率及扫描速度等参数对脉冲激光清洗航空铝合金表面S06-0215油漆涂层的影响,分析脉冲激光清洗的机制,优化工艺参数组合,并设计航空铝合金表面涂层一次性去除方法。方法 以航空铝合金2A12为基材,开展脉冲激光的频率、功率和扫描速度等参数对基材表面涂层烧蚀深度的影响研究,以及烧蚀过程中基材表面最高温度的模拟研究。同时,以表面粗糙度和去除深度为评价指标,对2A12铝合金飞机蒙皮表面涂层进行清洗实验,对采用优化参数清洗后的蒙皮表面进行粗糙度测量、元素含量以及组成成分分析。结果 脉冲激光的扫描速度和频率变大,以烧蚀为主导作用的去除机制逐渐减弱,同时振动机制逐渐增强,并最终转变为主导地位。影响激光去除深度的参数,按权重大小依次为扫描速度、功率、频率。结合模拟与实验结果发现,激光频率125 kHz、功率70 W和速度50 mm/s为表面涂层S06-0215最佳的一次性去除工艺参数组合,此时能量密度大小为1.47 J/cm²,清洗过程中,不损伤2A12铝合金飞机蒙皮基材。通过XRD、SEM以及EDS表征分析表明,氧化膜仅被部分去除。结论 激光清洗铝合金表面...     

低碳钢在铝合金熔体中冲蚀磨损的研究

重点研究了在搅拌铸造过程中低碳钢搅拌桨在铝合金 熔体中的冲蚀磨损随时间和转速的变化规律和机理.结果表明：搅拌桨的冲蚀磨损速度随搅拌时间和搅拌速度的增加而增加，但随搅拌时间的增加有一孕育期，低于孕育期，冲蚀磨损速度很小.该孕育期随搅拌速度的增加而减小，并且在转速超过1000 r/min以上，加速减小.搅拌桨在铝合金熔体的冲蚀磨损过程是一个表面净化，铝原子扩散，化合物的形成和剥离过程，冲蚀磨损速度主要与氧化物的生成速度和氧化物的剥离速度有关.旋转速度的变化主要影响化合物的剥离速度.     

激光清洗纯铝设备线夹工艺及其对电导率的影响

目的 采用激光干式清洗法对模拟纯铝设备线夹的氧化污染表面进行清洗。方法 采用纳秒脉冲激光清洗纯铝板的氧化污染表面。在扫描电镜（SEM）下观察激光清洗前后表面,并采用X射线能谱分析（EDS）测试并分析其元素质量分数。利用电导率测量仪（SIGMATEST 2.069）检测其表面电导率。采用超景深三维显微镜观察激光清洗前后铝板表面形貌,研究激光清洗对其表面形貌、元素含量及电导率的影响规律,从而确定最佳的激光清洗工艺参数。结果 激光干式清洗可有效去除氧化污染表面的O元素和Cl元素,清洗后表面Al、O、Cl元素的质量分数分别达94.02%、5.95%和0.03%,Al元素质量分数较氧化污染表面的37.36%最高提升了151.66%,O和Cl元素则较未清洗表面的59.55%和3.09%最多分别降低了90.01%和99.03%。清洗后的表面电导率可达34.88 MS/m,较氧化污染铝板表面的32.00 MS/m提升9%。最终确定最佳激光清洗工艺为：激光功率120 W,重复频率60 kHz,扫描速度2 875 mm/s,填充线间距0.058 mm,扫描次数3次。结论 激光干式清洗可有效去除铝板氧化污染...     

镀铝衍射光栅表面有机污染物的等离子体清洗技术

高能量激光装置中衍射光栅吸附的有机污染物是导致衍射光栅损伤的关键因素之一,采用等离子体清洗技术可以实现衍射光栅表面污染物的在线去除。通过有限元方法分析等离子体清洗范围,获得等离子体清洗半径随着清洗距离下降而增加的规律。研究等离子体清洗工艺参数与表面有机污染物去除效果间关系,结果表明随着清洗距离以及工艺气体中氧气含量的上升,镀铝衍射光栅表面自由能的极性部分和色散部分都会增加,其中极性部分的增加起主导作用。等离子体清洗后的镀铝衍射光栅表面呈现洁净状态的周期性锯齿形结构,并且C1s(285.0eV)峰值由6.65×10⁴降低至2.86×10⁴。研究等离子体清洗镀铝衍射光栅后表面自由能变化情况,结果表明镀铝衍射光栅表面的极性基团会吸附空气中的碳氢化合物,出现表面自由能下降的陈化现象。研究结果可为镀铝衍射光栅表面有机物污染物的等离子体在线去除提供新的途径。     

铝合金脉冲激光焊Mg元素烧损行为及接头硬度分布

采用Nd:YAG脉冲激光对1mm厚5A05铝合金板进行焊接,结合激光焊物理过程,研究和分析了焊接工艺参数(脉冲能量、脉冲宽度、焊接速度和离焦量)对Mg元素烧损和焊缝熔深的影响,以及焊缝中Mg元素含量的变化和接头的硬度分布.结果表明,Mg元素烧损受熔池搅拌作用的影响,随搅拌作用增强和焊缝熔深的增加,焊缝中Mg元素烧损率减小;受Mg元素含量和冷却速度影响,焊接接头硬度在熔合线附近具有最大值,在焊缝中从表面到熔池底部硬度先减小再增大.     

大气常压等离子弧清洗的能量耦合作用有限元分析

大气压等离子弧清洗是一种新型的表面预处理清洗技术,了解等离子弧与工件间的能量耦合作用是研究大气压等离子弧清洗技术的关键。通过建立有限元模型,并对分析结果进行回归计算,得到了界面清洗力和界面清洗温度的经验公式,进一步揭示了等离子弧功率,基板厚度和清洗速度等主要参数对能量耦合的影响,并对回归分析结果进行了验证。结果表明:等离子弧输出功率与清洗速度的相互作用对界面清洗力和界面温度影响最大,其中,等离子弧输出功率对界面清洁力和界面温度的影响最大,清洗速度次之,基板厚度对它们的影响最小。     

7075-T6铝合金干式切削表面完整性研究

为了避免切削液对高强铝合金耐蚀性产生影响,针对7075-T6航空铝合金在绝对干式条件下进行正交切削实验,建立了表面粗糙度、残余应力以及显微硬化的经验公式,分析了切削参数对表面完整性的影响规律。结果表明:切削三要素对表面粗糙度的影响占主导地位,且进给量是影响其大小的主要因素,其次是背吃刀量,然后是切削速度;干切削状态下,切削速度的提高导致产生较大的拉应力;进给量减小造成硬化现象严重;切削速度提高,且在较大切深情况下,最大硬化层深明显提高。     

低温空气等离子体处理对铝合金表面粘接性能的影响

为了提高铝合金与高分子材料之间粘接强度,采用低温空气等离子体预处理技术,对5083型铝合金表面进行活化处理。对铝合金表面的显微形貌、接触角、表面能、化学元素的成分及价态等理化性能进行了分析,对铝合金与环氧树脂的粘接性能进行了测试。结果表明:低温等离子体处理后铝合金表面的活性显著增加,水接触角由88.7°最低降至10.1°,表面能由19.21 mJ/m~2增加到74.04 mJ/m~2,表面氧元素含量明显增加,显微形貌及粗糙度未发生明显改变。铝合金板粘接后的拉剪强度随处理时间增加而增加,最高值达到12.4 MPa,较处理前提高了约4倍,表面氧元素的含量及活性增加是树脂与铝合金粘接性能提升的重要因素。