TC4零件铣削加工残余应力自平衡前值的测量及其有限元分析

对TC4材料的条状零件进行侧铣加工,其加工表面会产生一残余应力层。通过对零件的应力层进行腐蚀剥层,测量此过程中零件挠度的变化,运用逆向思维由底层的应力值和挠度的变化逐步反推上层的应力值,最终得到应力自平衡前的分布情况,排除了零件尺寸和形状因素的影响。基于此应力值可以较准确预测不同尺寸和形状的零件因加工残余应力而产生的变形。运用有限元模拟分析进一步验证了此方法的正确性。     

钛合金高速铣削加工表面残余应力的模拟研究

采用有限元法建立了更接近实际的铣刀结构模型及三维铣削模型,对不同刀具参数和切削参数条件下高速铣削钛合金Ti6Al4V的表面残余应力进行了仿真分析,得到了各因素对表面残余应力分布的影响规律。结果表明:工件的残余应力在表层由拉应力迅速的转变为压应力,在100~200μm之间出现残余压应力的最大值。工件表层残余应力随刀具前角、切削速度和每齿进给量的增加而减小,切削深度对表层残余应力的影响不是很明显。     

钛合金铣削加工表面残余应力有限元仿真

为了分析铣削工艺参数对钛合金已加工表面残余应力的影响,根据金属切削有限元分析的相关理论,以钛合金Ti6Al4V为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。采用正交试验设计法对钛合金Ti6Al4V铣削仿真的工艺参数进行优化,并用极差法分析不同的铣削速度、铣削深度、铣削路径对钛合金Ti6Al4V工已加工表面残余应力的影响。研究表明:在钛合金Ti6Al4V铣削过程中,对工件已加工表面残余应力影响因素由小到大依次为:铣削深度<铣削路径<铣削速度,切削深度对已加工表面残余应力影响较小,铣削速度对已加工表面残余应力影响最大;在研究范围内,随着铣削速度的增大,已加工表面残余应力逐渐增加。     

Ti6Al4V零件铣削加工表面等效残余应力与作用深度的测量及其有限元分析

金属零件在切削加工后,其被加工表面会形成一残余应力层,其所引起零件的变形是影响精密弱刚性零件精度的重要的因素。为了预测Ti6Al4V零件因铣削加工表面残余应力而引起的变形,本文介绍一种测量表面等效残余应力及其作用深度的方法而达到此目的。通过对被加工面的对面进行两次腐蚀去除材料的操作使得零件的厚度和中性层的位置发生变化,测量此过程中零件挠度和表面应变的变化,进而计算得铣削加工引起的零件表面等效残余应力及其作用深度值。通过有限元分析验证该方法得到的结果,发现有限元计算得到的零件挠度和应变的变化与实际测量值非常吻合,因此可以断定该方法得到的结果是正确的,其可以正确评估铣削加工引起的表面残余应力性质和大小并能准确预测零件铣削加工后因表面残余应力而引起的工件的变形量,从而可以预测零件是否满足精度要求。     

钛合金TA7铣削加工特性研究

TA7钛合金高强度和低热导率的特点使其成为典型的难加工材料。为了研究钛合金TA7的铣削加工特性,开展了钛合金TA7铣削实验,研究切削参数对TA7切削特性的影响规律。基于MINITAB分别建立了切削力、表面粗糙度与切削参数的回归模型,并分析了切削力、表面粗糙度、残余应力与切削参数的响应关系,揭示了切削参数对切削力时域和频域信号、已加工表面形貌与残余应力影响规律。     

薄壁Ti6Al4V管件采用不同车削参数加工引起的表面残余应力的测量

切削加工引起的金属零件的表面残余应力,其性质和大小对零件的服役性能产生很重要的影响。在测量车削加工Ti6Al4V薄壁管件引起的表面残余过程中,由于边缘效应的存在,使得零件的长度对测量精度有严重的影响。由于管件的壁厚很薄,当去除一应力层时会对剩余部分的残余应力的重新分布产生重要的影响,因此必须对剥层后X射线法测得的应力值进行修正补偿才能得到其初始应力值。传统的修正方法其计算比较复杂,对零件和应力都有特别的要求,而且在某些情况下其修正精度还达不到要求。同时考虑测量精度、测量可行性以及节约材料诸多方面的问题,本文运用有限元验证的方法确定零件合适的长度。同时本文运用精度较高的基于有限元分析的修正方法结合X射线法测量Ti6Al4V管件车削加工引起的表面残余应力,分析不同切削参数以及退火处理对表面残余应力的影响。结果显示：切削速度、进给量以及切削深度在指定范围内增大时会导致表面切削和进给方向的压应力增大,退火处理会使得表面两个方向的残余应力减小将近85%。     

钛合金超声椭圆振动铣削残余应力有限元仿真

为了分析在超声椭圆振动铣削加工中振动参数和切削参数对TC4工件残余应力的影响,运用ABAQUS有限元软件模拟了钛合金超声椭圆振动铣削加工过程.采用单因素试验法和正交试验法,研究进给方向上振动参数和切削参数对工件残余应力的影响,并用极差法分析实验数据得到其优化参数组合.研究表明,在钛合金超声椭圆振动铣削加工中,对工件的残...     

钛合金侧铣加工残余应力与变形研究北大核心

为研究加工残余应力对钛合金薄壁结构变形的影响,利用有限元软件建立2D切削模型,分析每齿进给量与刀具刃口半径对加工表面残余应力的影响。利用切削仿真得到的残余应力对薄壁件进行变形仿真分析;分别以每齿进给量0.06、0.08 mm进行闭腔侧铣试验。结果表明:与实测值相比,仿真表面残余应力误差约为20%、最大变形量误差约为12%。所提方法具有一定的可靠性与可行性。     

基于ABAQUS的镍基合金加工表面残余应力有限元模拟

利用非线性有限元技术研究高速切削镍基合金残余应力分布,通过Abaqus/Explict分析直角三维切削过程热力耦合作用.采用拉格朗日方法对有限元关键技术处理,建立镍基合金材料本构方程、施加边界条件和网格划分模型.在不同本构参数、切削深度以及切削速度条件下对镍基合金切削过程进行模拟残余应力变化规律,并通过试验验证.结论表明速度是影响镍基合金残余应力数值大小主要因素,材料初始屈服应力和初始强度大小决定应力幅值特征.为优化切削参数,提高表面质量提供科学的理论依据.     

离心式滚磨光整加工钛合金的数值模拟分析

目的研究离心式滚磨光整加工对钛合金表层残余应力场的影响。方法利用有限元分析软件ABAQUS建立了加工过程中磨块碰撞TC4钛合金材料的三维有限元模型,对碰撞过程中的能量变化、材料应变及不同光整参数对工件表面残余应力场分布规律的影响进行分析,对比碳化硅磨块与氧化铝的加工效果。结果磨块参数对残余压应力峰值影响显著,但对其出现的位置影响不大。与碳化硅磨块相比,氧化铝磨块更适合于加工钛合金。结论有限元模拟可以探讨磨块碰撞作用下钛合金材料残余应力场的分布规律,优化滚磨光整加工钛合金的工艺参数。碰撞模拟证明,氧化铝磨块更适用于钛合金材料的滚磨光整加工。     

超声振动辅助滚压参数对钛合金表面残余应力的影响

结合有限元分析和实验研究,基于与普通滚压工艺的对比,对超声振动辅助滚压强化钛合金表面的残余应力场进行分析,获得了沿改性层深度方向的残余应力变化和瞬态应力分布云图。结果表明:与普通滚压相比,超声振动辅助滚压可改变滚压头和材料表面接触力的作用方式,使应力波沿着材料深度方向动态传播,从而产生更深的残余压应力影响层,并导致压应力层下移。在实验参数条件下,最大残余压应力值和表面残余应力值都随着静压力的增大而显著增大;随着主轴转速的增大,最大残余压应力值明显单调增加,而最大残余压应力层深度逐渐减小;振幅对残余应力场的影响不十分显著。     

基于ABAQUS的复合材料铣削过程仿真分析

基于ABAQUS系统强大的变形分析功能,对碳化硅颗粒增强铝基的铣削过程进行了有限元模拟分析。讨论了材料的等效简化模型、材料的各项参数、切屑与刀具间的摩擦类型以及网格的划分等关键技术问题。通过有限元分析,得到了铣削力各分量曲线并对其结果进行了分析。研究了铣削过程中工件中残余应力的分布情况,仿真结果与前人的试验结果具有较好的一致性。说明实际加工过程相符的真正意义上的三维有限元模拟是可行的,可以对铣削加工的合理优化提供确定的依据。该研究也可以拓展到其他材料铣削过程的三维有限元模拟中。     

β—CEZ钛合金的加工性能和应用

研究了不同显微组织Ｔｉ８１１合金的热盐应力腐蚀性能。结果表明，经不同热处理，Ｔｉ８１１合金可获得板条组织、等轴组织、双态组织和针状组织。热盐优先浸蚀其原始β晶界α相，并且裂纹优先沿原始β晶界扩展。针状组织和板条组织由于在热盐应力腐蚀过程中原始β晶界α相的腐蚀通道作用、Ｔｉ３Ａｌ相的析出以及所产生的氢的作用，所以受热盐的浸蚀严重，强度和塑性显著降低。等轴组织的抗热盐应力腐蚀性能最佳。     

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.     

粉末高温合金加工表面显微结构和力学性能变化研究

在切削加工粉末高温合金过程中,严重的塑性变形导致已加工表面出现显微组织结构和力学性能的变化。在已加工表面出现的白层体现出加工表面显微结构和力学性能的变化,对高温合金加工表面质量的影响至关重要。为了揭示粉末高温合金已加工表面显微组织结构和力学性能的变化,开展了切削速度对粉末高温合金FGH95已加工表面白层形成影响的研究。研究发现随着切削速度的提高,FGH95高温合金已加工表面出现的白层厚度增大。对加工表面进行显微观察发现在表面覆盖着一层致密的、无明显组织特征的白层结构。通过对加工前后材料的XRD测试分析得出FGH95粉末高温合金基体材料以Ni基固溶体的形式存在,而加工之后表面的显微组织结构则明显与基体材料不同。这说明在切削过程中粉末高温合金已加工表面发生了Ni基固溶体组织结构的变化。对FGH95高温合金已加工表面进行晶粒度测量发现,切削速度越高晶粒细化现象越明显。对高温合金切削表面白层进行力学性能测试表明,白层的显微硬度随着切削速度的提高而增大;存在于高温合金已加工表面白层中的残余应力为拉应力,且随着切削速度的提高拉应力增大。粉末高温合金已加工表面显微结构和力学性能变化研究可以揭示高温合金表面完整性的形成机理,为已加工表面质量的预测和控制提供理论依据。     

钛合金磨料流光整加工表面完整性研究

目的 研究磨料流光整加工钛合金格栅表面完整性。方法 用电火花加工制备钛合金试样,通过磨料粒径、加工压力、加工次数的单因素试验,来研究其对试样表面粗糙度和表面形貌的影响规律,选用三种初始粗糙度不同的钛合金试样来进行磨料流光整加工效果试验,对比分析磨料流光整加工对试样表面残余应力的影响,进行加工次数的单因素试验研究磨料流加工过程中其对工件表面显微硬度的影响。结果 对于钛合金试样来说,磨料粒径和加工压力越大,表面抛光效果越明显,表面粗糙度就越低。当磨料粒径从38 μm增加到420 μm时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.815 μm降低到0.824 μm;当加工压力从8 MPa增加到24 MPa时,相对应的表面粗糙度值Ra从4.314 μm降低到1.398 μm。而随着加工次数的增加,表面粗糙度值Ra从整体上呈现下降趋势,最后趋于稳定,当加工次数从10增加到80时,相对应的表面粗糙度值Ra从5.925 μm降低到0.307 μm,并且最后稳定在0.300 μm附近。钛合金试样经磨料流光整加工之后,表面残余应力由原来的拉应力变成了压应力。随着加工次数的增加,钛合金试样表面显微硬度整体上呈现先减小后增大的趋势,当加工次数从10增加到50时,显微硬度值从532.83HV降到357.73HV,当加工次数从50增加到90时,显微硬度值从357.73HV上升到393.48HV,试样表面显微硬度的均匀性也显著增加。结论 增大磨料粒径和加工压力或者增加加工次数,都能降低工件表面粗糙度,钛合金工件经过磨料流光整加工之后,表面完整性有较大改善。     

超声加工滚压力对钛合金表层特性的影响

目的 研究钛合金超声滚压加工中的不同工艺参数对表层特性指标的影响,得到最佳工件表面质量的加工参数。方法 运用超声滚压加工技术,采用一维超声振动滚压装置和CA6140B/A型号的车床对钛合金TC4进行试验,并结合赫兹接触理论建立滚压力与残余应力的理论模型。采用ABAQUS仿真分析滚压力对残余应力的影响。结果 对比分析发现,仿真结果的变化趋势和试验结果相同,即在其他加工参数不变的条件下,表面残余应力随着滚压力的增加,呈现先增大后减小的趋势,在静压力600 N时的残余应力值最大。通过超景深和粗糙度仪测得,超声滚压力600 N时,表面粗糙度达到最小,在500~800 N时能获得较好的表明质量,超过800 N后会对表面产生损伤,出现裂纹。由显微硬度仪测得,表面硬度和硬化程度则随着滚压力的增加而不断升高,说明表面硬度越大时,表面粗糙度并不是越小。通过金相组织图和XRD物相分析发现,随着滚压力的增大,塑性变形程度增加,β-Ti衍射峰越来越弱,晶粒细化程度越来越明显。结论 超声滚压力工艺参数在一定范围内会产生良好的加工效果。该研究为超声滚压钛合金材料奠定了理论基础。     

高速干硬切削加工表面残余应力的预测

高速干硬切削过程中已加工表面产生的残余应力对零件的使用性能和使用寿命有很大影响,成为优化高速干硬切削加工参数需要考虑的重要因素之一。基于热-弹塑性理论和有限元软件ABAQUSTM,建立了高速干切削GCr15淬硬钢中残余应力分布的预测模型,分析了切削速度、后刀面磨损和切削深度对残余应力分布的影响规律和形成机理。GCr15淬硬钢实验结果与预测结果对比分析表明,该模型能准确地预测出已加工表面残余应力的分布规律。     

基于7075铝厚板铣削加工的初始残余应力释放与再分布模型

在7075铝合金厚板的制造过程中,材料塑性变形和力学性能的非均匀性,势必导致毛坯内产生残余应力。而在后续的高速切削加工过程中,残余应力随着材料去除的释放与再分布,是引起飞机结构件加工变形的关键因素。因此,研究残余应力释放与再分布的解析方法能够更为清晰地了解加工变形的演变机理,是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。通过材料的切削去除转化为残余应力的释放,利用静力平衡条件将作用于飞机结构件的残余应力等效为外力后,依据小变形理论创新性地建立加工变形的分析模型。通过全面地考虑拉压、弯曲、以及转角引起的飞机结构件的厚向位置变化,利用叠加原理建立了残余应力再分布的力学模型。本文建立的解析模型,不仅能够准确地计算飞机结构件的加工变形,还能够分析毛坯残余应力的再分布状态,通过与有限元仿真值、实验测量值进行比较,结果表明：无论是幅值还是变形曲线,解析值都与仿真值具有高度一致性,而与测量值相比,尽管在变形曲线上具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者在幅值上亦存在一定误差。     

不同深度堆焊层表面残余应力的有限元分析

基于相同板厚工件的条件,利用有限元模拟软件Marc,综合考虑焊接热源、焊接与冷却时间等影响因素,建立了不同深度堆焊层焊接残余应力的有限元模型。利用盲孔法测量堆焊层中的残余应力值。有限元分析数据与试验的结果均表明焊接残余应力随着焊道深度增加而增加,且两者在趋势上吻合度较好。有限元模拟在提高参数精度的前提下,可指导堆焊残余应力的研究。