基于残余应力分析的加工中心定位精度保持性研究

基于残余应力分析对加工中心的定位精度保持性进行了研究,提出一种考虑残余应力影响的定位误差分析方法。首先分析了产生残余应力的主要制造工艺环节,采用有限元法对国内某机匣加工中心床身进行了残余应力分析,得出了该床身在铸造与机械加工环节后的残余应力大小及分布情况。在此基础上对残余应力释放后床身-导轨安装基面的变形进行了预测。通过与试验数据的对比,验证了有限元建模的可信性。最后对残余应力释放引起的导轨定位误差进行了计算。     

基于低应力制造的机床基础件精度保持性研究

围绕高精度机床基础件的低应力制造问题,对铸造、机加工环节的残余应力分布及变化规律进行研究,提出基于残余应力的机床导轨定位精度分析方法。建立铸造过程、机加工过程残余应力分析数学模型,并采用有限元软件对某叶轮加工中心的床身铸造和导轨安装面机加工进行分析,得到残余应力分布及变化情况。在此基础上对残余应力再分布后床身的导轨安装基面的变形进行了预测。分析结果对机床大型基础件的低应力制造提供理论依据,有效保证基础件精度和稳定性。     

高档数控机床基础件低应力制造特性的研究

围绕高档数控机床基础件的低应力制造问题,研究了残余应力的分布规律,提出从优化制造过程工艺参数出发的降低残余应力方法.明确了铸造、机加工是两个对残余应力的产生起主导作用的工艺环节,采用有限元法对某加工中心床身进行了残余应力分析,得出了该床身在铸造与机加工环节的残余应力大小及分布情况.据此优化铸造残余应力振动时效处理的工艺...     

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。     

某机床床身残余应力仿真分析研究

以某加工中心床身铸件为研究对象,提出一种基于残余应力影响的定位精度分析方法。首先对某加工中心床身进行铸造残余应力仿真分析,得到了床身残余应力云图;随后以铸造残余应力场为初始载荷,采用生死单元法模拟去除材料过程对导轨安装面变形进行了预测。结果表明,随着材料的逐层去除,导轨安装面变形挠度值变化不大,其最大变形量约为5μm,并呈上凸状。可知,床身毛坯初始铸造残余应力分布规律对床身导轨安装面加工变形具有重要影响。     

减少精密导轨热处理变形的措施及稳定化处理

通过对光刻机与激光精密工作台中的氮化钢与轴承钢制造的七种精密导轨进行油浴时效,氨气、氢气与低真空保护的消除应力退火试验,得出了真空退火可充分消除机械加工的残余应力,并减少导轨最终热处理的变形的结果。在温度520～560℃低真空下或氢气保护下,加压校正可减少导轨的弯曲变形。冷热循环处理和工序间的热时效,可降低并稳定工件内的残余应力,从而可减少导轨在精加工中以及工序周转与存放期间的变形。通过对导轨热处理变形的原因和影响因素的分析,提出并采取了减少变形的措施。     

铣削方式对残余应力影响的仿真及试验研究

机械加工过程中,薄壁件的残余应力控制是实现高性能精密制造的关键。目前,鲜有文献涉及铣削方式对工件表面残余应力影响的研究。以LY12铝合金工件为研究对象,运用Advant Edge有限元仿真软件构建三维铣削模型,提出工件表面残余应力的获取及分析计算方法。仿真与试验结果表明,逆铣加工产生的残余拉应力值小于顺铣加工,因此采用逆铣有利于控制框体类薄壁件的加工变形。此外,在顺铣过程中,相对于铣削宽度,提高切削深度更有利于控制表面残余拉应力;而在逆铣过程中,两者对残余应力的影响并不明显。     

金刚石刀具几何参数对已加工表面残余应力的影响

针对微米级切削深度的超精密车削中金刚石刀具几何参数对已加工表面残余应力的影响,采用有限元的方法,建立超精密车削的有限元仿真模型,对硬铝合金的超精密车削过程进行模拟。对车削过程的切削力和切削温度进行分析。采用不同的刀具几何参数进行有限元仿真,得到刀具前角、后角和钝圆半径对已加工表面残余应力的影响和分布规律,为超精密车削中残余应力的控制提供仿真依据。     

本期导读

<正>基于固有频率分布的床身优化设计研究在航空航天、船舶制造、精密模具以及汽车工业等制造行业领域里,精密卧式加工中心是关键的加工制造设备。在整个精密卧式加工中心的组成部分中,床身起着支撑和连接工作台、立柱等关键零部件的作用,并与整机性能密切相关,因此有必要对床身进行动态特性分析与结构优化。建立床身简化实体模型,基于HypeMesh进行了网格划分,建立床身的有限元模型,分析计算了床身的前六阶固有频率与振型;根倨正交试验原     

大型数控机床低应力高精度床身铸造技术

以某公司生产的大型机床床身铸件为研究对象,研究通过在床身铸件铸造过程中,应用高频振动工艺控制铸件的凝固过程,改善铸件的金相组织和相组成均一性,进而改善床身铸件的尺寸精度。通过高频振动对大型床身铸件进行凝固晶粒细化消除内应力根源,同时应用热处理时效进一步进行应力消除,再利用盲孔法检测铸件的残余应力。利用扫描电镜(SEM)观察材料的显微结构,并进行相应的相结构和成分分析。结果显示,床身铸件应用振动凝固工艺,有效地消除工件内部的残余应力,经振动凝固可有避免凝固过程中的残余应力28.72%。床身铸件经热时效处理后,应力消除92.64%。综合应用振动凝固工艺及热处理时效之后,其II类残余应力有效消除≥95%。它为生产该类型产品提供技术参考和指导。     

气动辅助超声喷丸强化研究

根据气动辅助超声喷丸强化试验的要求和特点,设计制造了试验用超声变幅杆和气丸混合室以及其他辅助装置,验证了新型喷丸方式的可行性。利用压力测试系统实测弹丸的最大冲击力,应用LS-DYNA软件对单颗弹丸冲击工件的过程进行有限元仿真,对残余压应力仿真结果与理论结果进行对比分析。结果表明:弹丸的实际冲击力与仿真最大压力相当,仿真和接触力学理论得到的残余应力变化趋势相同,仿真结果可以用于对超声喷丸进行初步的预测和分析。     

切削深度对超精密切削过程影响的有限元分析

基于大变形有限元理论和更新的拉格朗日方程式 ,建立了热耦合的平面应变正交切削有限元仿真模型。采用通用的商业非线性有限元软件 ,对无氧铜超精密切削加工过程进行了仿真 ,研究超精密切削过程中切削深度对切削力、残余应力、等效应力、等效应变和切削温度的影响。通过对超精密切削有限元仿真结果的分析 ,可以优选出合理的切削参数。     

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。     

冷滚打成形中打入量对残余应力的影响规律仿真研究

在冷滚打成形过程中,当外加载荷逐渐卸去后成形件内部会出现残余应力,为了有效的控制其对成形件精度的影响,现针对打入量与残余应力之间的关系进行研究。依据冷滚打成形的基本原理,应用Abaqus软件建立了有限元动态仿真模型,通过仿真获得了不同打入量时工件表面Mises力的分布。由于动态仿真结果工件内部的力处于不平衡状态,不能直接进行残余应力求解,所以在动态仿真结果上建立了静态仿真模型,通过静态求解获得在不同打入量下成形工件在切向、轴向和径向的残余应力的变化规律。在自行开发的冷滚打设备上进行试验,运用X射线应力分析仪测量滚打后工件残余应力分布,进行冷滚打成形件残余应力的实验研究。通过对试件测量得到在不同打入量下制件沿深度方向的切向残余应力的分布,试验结果与有限元仿真结果对比分析表明,残余应力变化规律具有很好的一致性。     

振动时效技术机理

（接上期） 4 振动时效对零件抗变形能力的影响 零件的变形不仅取决于残余应力的大小和分布,还与松驰刚性和抗变形能力有关。振动时效不仅能减小和均化残余应力,还可提高材料的抗变形能力。振动处理后工件的加静载和加动载试验,可证实这一点。 某种精密车床床身铸件,外廓尺寸为1160mm×232mm×190mm,材料为HT3054,重105kg,导轨经表面淬火处理。采用振动时效消除残余应力并稳定其尺寸精度,其振动时效的工艺参数为：动应力——±0.75kgf/mm2,时间——累积时间为60min。振动后把它与未经振动的同种床身铸件进行抗变形能力的对比试…     

精密立式磨床天然大理石床身测试分析与优化设计

为了解决铸铁床身性能已接近材料极限的问题,文章针对某型号精密立式磨床天然大理石床身进行了研究。首先介绍了某型号精密立式磨床基本结构,采用有限元方法对天然大理石床身进行了模态仿真分析;然后进行了床身振动测试验证了仿真模型的正确性;最后基于ANSYS拓扑优化模块开展了天然大理石床身结构优化设计。结果表明：天然大理石床身总变形量、等效应力、质量分别降低了23.8%、15.07%、1.01%,证明了天然大理石作为磨床床身材料的可行性及其性能优越性。     

叶轮叶片铣削残余应力模型的建立与验证

叶轮的疲劳危险部位处于分流叶片前缘,而决定分流叶片前缘残余应力的主要工序是叶片铣削加工.为了模拟叶片铣削过程中的残余应力状态,本文结合材料特性、刀具设计以及加工过程,完成了球头铣刀的三维建模.在此基础上考虑金属动态变形、材料失效、接触摩擦以及力热变换等因素,建立了叶轮叶片的铣削残余应力仿真计算模型,并对模型进行了试验验证.不同刀轴倾角下样件表面试验残余应力与仿真残余应力整体变化趋势一致,表明模型可靠.     

纳米结构WC/12Co涂层精密平面磨削表面残余应力有限元模拟与试验

对金刚石砂轮精密平面磨削纳米结构WC/12Co涂层的磨削表面残余应力进行有限元模拟,忽略相变影响,基于ANSYS平台,利用ANSYS参数设计语言完成建立模型、给定材料属性、划分单元、加载和求解整个过程。对纳米结构WC/12Co涂层表面磨削残余应力进行试验研究,通过改变磨削条件得到不同磨削条件下残余应力的变化规律。将试验结果与相同磨削条件下的有限元模拟结果进行对比,发现试验结果与有限元模拟结果是一致的,证明了有限元模型的正确性。     

滚针轴承薄壁外圈冲压成形工艺分析

外圈冲压滚针轴承的薄壁外圈采用优质钢板经精密冲压而成,成形质量稳定,并且制造经济。但其成形工序多、材料弹塑性变形大,极易出现外圈挤压破裂和壁厚不均匀问题。采用有限元方法对某一型号滚针轴承外圈冲压成形的两道主工序过程进行数值模拟,研究其各个工序的成形规律,并分析模具冲压速度和圆弧过渡圆角大小对模具载荷和工件特征点应力变化的影响,为优化工艺参数选择提供依据。最后对毛坯落料和反拉伸阶段的成形件进行切样试验,并与仿真结果进行比对,两者具有很好的一致性,表明用本文建立的仿真分析方法来预测滚针轴承薄壁外圈多工序冲压质量的有效性,可为滚针轴承冲压工艺规范制定提供参考依据。     

螺旋伞齿轮磨削残余应力分布规律及仿真分析

螺旋伞齿轮作为重型车辆传动系统的关键零部件,其表面完整性对整车机动性和可靠性起着关键作用。磨削作为齿轮最后一步加工工序,磨削过程产生的残余应力将直接影响齿轮疲劳性能。若残余应力控制不当,将导致齿轮在使用过程中过早发生疲劳失效,产生齿面疲劳点蚀和根部疲劳断裂等问题。针对重型车辆螺旋伞齿轮设计磨削试验,研究不同磨削参数下螺旋伞齿轮残余应力的分布规律;结合磨削前后齿轮残余应力的状态,获得实际磨削过程残余应力;基于力热耦合有限元仿真法计算螺旋伞齿轮磨削残余应力。研究结果表明：齿轮凸面平行磨削方向残余压应力最小,磨削过程使齿面产生拉应力而亚表层产生压应力,力热耦合有限元仿真法能有效用于螺旋伞齿轮磨削残余应力的预测和分析。