TC4钛合金筒形件热校形工艺研究

应用弯曲理论和应力松弛理论推导了TC4筒形件的校形精度公式,通过对TC4钛板进行应力松弛实验,分析了温度、时间和初变形量对残余应力的影响,得出了零件校形的较优工艺参数为加热650℃,保温30min;进行了零件校形实验,分析了校形后的残余应力和显微组织。结果表明,采用该工艺参数校形后工件尺寸精度满足工程要求,残余应力0~10MPa。     

TC4钛合金环热应力校形的实验研究

TC4钛合金的屈服强度和弹性模量比值高,故其成形后回弹量大,成形后不精确,难以成形出合格零件,需要进行校形,以得到合格零件.因此对钛合金进行了校形实验,得到了感应加热工艺参数对材料校形的影响规律.并运用大型商用模拟软件ANSYS建立了钛合金热应力校形的模型,利用软件中LS-DYNA求解器,对钛合金热应力校形的过程进行了模拟.从而找出钛合金环热应力校形中的一些规律和校形最佳参数,期望能够将其用于指导生产.     

激光冲击TC4钛合金残余应力热松弛数值模拟研究

为了研究高温对激光冲击TC4钛合金残余应力的影响,采用PROCUDO200激光喷丸系统对TC4试样进行强化处理,采用XL-640型应力仪测量了保温550℃前后激光冲击TC4钛合金表层残余应力。采用ABAQUS软件,基于Johnson-Cook本构方程和双曲正弦Arrhenius-type方程,创建了可预测保温前后激光冲击TC4残余应力场的有限元模型。研究表明：在550℃下,随着保温时间的延长,表面残余压应力不断减小;当保温时间超过30 min后,表面残余压应力的减小幅度降低;保温60 min后,激光冲击TC4表面残余应力的测量值和模拟值基本一致,说明该有限元模型能准确预测残余应力热松弛规律,残余应力的热松弛可能与保温期间塑性变形层的热回复过程和动态再结晶有关。     

TC4钛合金条形零件铣削加工表面残余应力测试与分析

航空钛合金零件在铣削加工时表面会产生残余应力层,不仅影响零件的尺寸精度,还严重影响零件的疲劳性能。因此,研究航空钛合金零件铣削加工表面的残余应力分布与变化十分必要。以TC4钛合金条形零件为研究对象,采用化铣剥层法,测试并分析不同铣削用量条件下已加工表面残余应力的分布与变化规律。研究结果表明,TC4钛合金条形零件已加工表面层的残余应力沿层深方向逐渐由压应力变为拉应力;随着切削速度和每齿进给量的提高,残余应力值均相应降低;而随着径向切深的增大,残余压应力值则相应增加。     

AM60镁合金超精密车削残余应力的有限元分析

为改善AM60镁合金精密零件加工工艺方法,对镁合金精密零件的超精密加工进行微米级仿真研究。采用解析和有限元仿真法,利用Advant Edge软件进行车削加工模拟,得到刀具参数和切削参数对已加工表面残余应力的影响规律,并建立加工材料残余应力经验模型。结果表明:切削力对残余应力的产生起主导作用,随着切削参数的改变,切削温度变化不明显,对残余应力的影响较小。仿真结果满足制造精度要求,为提高镁合金精密工件的质量和性能打下了理论基础。     

航空共形薄壁结构件残余应力释放工艺技术研究

以某型飞机的典型共形薄壁腔体结构件为研制主体,通过对常规薄壁件工艺路线试制,结合结果分析认为,影响薄壁零件变形的主要原因是应力释放,研究重点引入有效的去应力方法,从根本上消除零件切削过程中产生的大量残余应力。首先,在工艺路线中引入振动去应力工艺技术,对此类零件振动去应力所涉及的振动工装结构、工件的工艺中间件结构形式及其装夹方案、激振力大小等工艺参数进行设置;然后,根据X射线衍射残余应力测试结果,在半精加工后引入深冷处理为振动去应力处理做补充;最后,通过X射线衍射残余应力测试和自然失效的方法,双重验证了在常规工艺路线中适时引入振动去应力和深冷处理技术,可以有效地消除共形薄壁腔体在切削过程中产生的大量残余应力。     

车灯塑件退火状态下应力松弛规律研究

针对注塑件中普遍存在残余应力这一问题,以材料为聚碳酸酯(PC)的车灯塑件为例,对注塑件在退火工艺下的应力松弛规律进行了研究,对工业玻璃在退火状态下的应力松弛计算公式进行了分析,提出了一种针对聚碳酸酯(PC)材料在退火状态下的应力松弛的数学模型。采取实验的方法,利用钻孔法对3种不同退火状态下得到的车灯塑件的残余应力进行了检测,根据其中测得的两组残余应力数据计算出了应力松弛数学模型中的待定参数,建立起了退火时间、退火温度、退火前残余应力以及退火后残余应力四者之间的关系,并将由该数学模型计算得到的残余应力与第3组测得的残余应力数据进行了对比。研究结果表明,通过由模型和实验得到的结果两者的误差非常小,因此说明该数学模型具有较高的可靠性与准确性。     

小口径TC4焊接管件端口电磁校形研究

TC4焊接管件由于制造时管件端口夹持及材料自身应力的存在,往往造成管件端口圆度不满足要求,目前采用校圆的方法生产效率慢、自动化程度低并且精度不够。为此针对内径23mm,壁厚1mm的TC4焊接管件,采用电磁校形的方法进行管件端口校圆。应用Ansoft Maxwell有限元分析软件,对放电回路电流及电磁力大小、分布进行研究,将仿真结果与实验情况进行比较,结果表明:电磁校形可以明显改善TC4焊接管件的端口圆度;放电能量一定时,合理选择电容可以提高电磁成形效率;对TC4等低导电率材料的电磁校形,驱动片能够明显提高感应电流密度,并且驱动片厚度过大与过小都会影响电磁校形的效果;带铁芯的线圈虽本身消耗一定的能量,但可以显著提高磁场强度,改善管件端口电磁校形精度。     

TC4钛合金环热应力校形的数值模拟研究

TC4钛合金的屈服强度和弹性模量比值高,故其成形后回弹量大,成形后尺寸不精确,难以成形出合格零件,需要进行校形,以得到合格零件。因此本文基于大型商用模拟软件ANSYS建立了钛合金热应力校形的模型,利用软件中LS-DYNA求解器,对钛合金热应力校形的过程进行了模拟。从而找出钛合金热应力校形中的一些规律和校形最佳参数,以指导实践中的校形,并进行了一些试验来验证模拟的可信度,试验证明模拟的可信度是可以信赖的,期望能够将其用于指导生产。     

Ti-6Al-4V钛合金薄板应力松弛行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金薄板,分别在温度650℃、700℃和750℃,和预应变2%、4%和16%的条件下进行多组应力松弛交叉试验。研究Ti-6Al-4V钛合金高温下的应力松弛行为及温度和预应变对应力松弛极限的影响。并基于试验数据,对比分析阶次不同的延迟函数的拟合精度,最终采用精度更高的四次延迟函数进行Ti-6Al-4V钛合金的应力松弛曲线拟合。通过对比发现四次延迟函数预测的结果和试验数据十分吻合,并且拟合最低精度高达99.724%,证明使用四次延迟函数拟合应力松弛曲线的有效性。在试验数据的基础上,进一步推导出高温短时蠕变应变速率与应力的关系。最后基于Arrhenius本构模型,通过对各参数的线性回归,建立适合Ti-6Al-4V钛合金薄板的高温短时蠕变型本构方程,为后续热校形工艺制定和数值模拟奠定基础。     

精密注塑制品残余应力的试验研究及其计算

注塑残余应力对精密注塑制品的力学性能和光学性能等有重要影响,是精密注塑制品质量控制的关键指标之一。为研究注塑成形过程中残余应力的发展,以丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(Acrylonitrile butadiene styrene,ABS)塑料为研究对象,对其模内蠕变行为进行试验研究。将热弹性模型计算的收缩应变与试验测量的收缩应变之间的差值定义为制件的模内蠕变,得到注塑工艺条件对模内蠕变的影响规律。在此基础上构建计算精密注塑制品残余应力的蠕变模型。模型中的材料弹性模量可由Tait方程计算得到,粘壶系数采用反演方法计算得到。利用该模型结合薄壳有限元法对ABS平板注塑件残余应力进行计算,对计算结果进行试验验证,并与普通的松弛模型计算进行比较。计算结果表明,该模型的计算精度高于普通的松弛模型,是解决精密注塑制品残余应力预测问题的新的有效方法。     

金属高温应力松弛行为研究

根据高温下金属应力松弛的基本特征，提出用以描述应力松驰行为的表达式。该表达式可用于拟合松弛试验结果，并根据试验结果预测下同初应力时的应力松弛行为。本文还推导了重复加载条件下松弛剩余应力的计算公式。用于同材料试验数据的验证结果表明，本文提出的表达式和方法具有广泛的适应性良好的预测精度。     

硬切削表层残余应力特征预测研究

结合精密硬切削加工表层残余应力曲线的勺形分布特征,提出了以表面应力值、最大应力值、最大深度值和有效深度值4个变量作为表达残余应力曲线的特征参数,并作为BP网络的输出量,以刀具几何参数和切削参数等影响硬切削加工最为显著的变量为输入量,建立了硬切削加工表层残余应力特征BP网络预测模型。最后,通过实验验证了模型的准确性,实现了对精密硬切削加工表面残余应力较高精度的预测。     

Improved analytical model for residual stress prediction in orthogonal cutting

The analytical model of residual stress in orthogonal cutting proposed by Jiann is an important tool for residual stress prediction in orthogonal cutting. In application of the model, a problem of low precision of the surface residual stress prediction is found. By theoretical analysis, several shortages of Jiann’s model are picked out, including: inappropriate boundary conditions, unreasonable calculation method of thermal stress, ignorance of stress constraint and cyclic loading algorithm. These shortages may directly lead to the low precision of the surface residual stress prediction. To eliminate these shortages and make the prediction more accurate, an improved model is proposed. In this model, a new contact boundary condition between tool and workpiece is used to make it in accord with the real cutting process; an improved calculation method of thermal stress is adopted; a stress constraint is added according to the volume-constancy of plastic deformation; and the accumulative effect of the stresses during cyclic loading is considered. At last, an experiment for measuring residual stress in cutting AISI 1045 steel is conducted. Also, Jiann’s model and the improved model are simulated under the same conditions with cutting experiment. The comparisons show that the surface residual stresses predicted by the improved model is closer to the experimental results than the results predicted by Jiann’s model.     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用JobnSOn—Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热一机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律。结果表明：已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力。表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小。各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小。     

残余应力对航空整体结构件加工变形的影响分析

基于理论计算和有限元模拟,研究了毛坯的初始残余应力对大型整体结构件数控加工变形的影响,对单向 应力作用的矩形截面梁在剥层过程中的变形挠度值进行了求解。结果表明,理论解与有限元计算值是一致的。面 向工程应用,采用ABAQUS有限元软件模拟了残余应力对隔框类整体结构件加工变形的影响,并进行了试验验证。 有限元仿真结果与试验数值非常吻合。最后,根据工件加工变形的有限元模拟结果,提出了提高整体结构件制造 精度的工艺措施。     

磨料水射流喷丸对渗碳GDL-1钢表面性能及残余应力场热松弛行为研究

采用后混合磨料水射流喷丸对经渗碳风冷后的GDL-1钢进行表面强化与改性,通过激光共聚焦显微镜,扫描电镜,透射电镜,显微硬度仪,X射线应力衍射仪分析不同压力水喷后试样表面粗糙度、组织、硬度和残余应力等的变化规律,并研究300 MPa水喷处理后不同保温温度和保温时间残余应力场的热松弛行为。结果表明：随着水压的增加,表面粗糙度增大、残留奥氏体转变量增多、硬度提高幅度变大,水喷后,晶粒和组织得到明显细化,并且在表层形成一定深度的残余压应力场。残余应力的热松弛主要受保温时间和温度的影响,在100℃和300℃时,残余应力的热松弛受回复过程控制,500℃时,残余应力热松弛受回复和再结晶过程控制。表面残余应力在回复过程中存在两个阶段,初始阶段应力松弛速度快,以点缺陷回复为主,后一阶段松弛速率慢,以位错回复为主,并进一步研究指出Zener-Wert-Avrami方程并不适合描述整个回复过程。     

微晶玻璃超光滑表面残余应力的对比分析研究

通过对微晶玻璃、陶瓷、金属3个试件进行超精密加工,使试件表面粗糙度值达到纳米级,采用非破坏性的X射线衍射sin2ψ法测量原理对不同试件的残余应力进行了测试研究。结果表明：在试验条件下,3个试件都只存在残余压应力,并且陶瓷的残余压应力最大,金属残余压应力最小。超光滑表面残余应力的研究对提高表面完整性,改善加工工艺具有重要的意义。