Inconel718镍基高温合金铣削过程的数值模拟

在镍基高温合金Inconel 718的铣削过程中,切削参数对铣削过程中切削力、切削温度和切屑形态等影响显著.为了提高工件加工表面质量和加工效率,通过有限元分析软件ABAQUS建立镍基高温合金Inconel 718三维铣削模型,进行Inconel 718镍基高温合金连续铣削仿真分析,重点研究了不同切削条件下切削温度、切削力和切屑形态变化规律.仿真结果表明:铣削温度总是随着主轴转速、每齿进给量和切削深度的增加而增加.切削力会随着主轴转速的增加呈现先增大然后逐渐变小的趋势.切削力随切削深度和每齿进给量的增加呈比例增加.主轴转速与进给速度及切削深度相比,主轴转速对锯齿形切屑形成的影响更为显著.     

高速铣削718模具钢表面粗糙度数学模型建立

对718模具钢进行高速铣削试验研究,发现铣削速度v、背吃刀量ap、进给速度vf和径向铣削深度ae对表面粗糙度的影响规律.在正交试验结果的基础上,应用多元线性回归分析方法,建立表面粗糙度的回归数学模型,用F检验法验证模型的显著性.运用极差分析法分析铣削用量各参数对表面粗糙度影响程度:影响最大的是径向铣削深度,其次是铣削速度和背吃刀量,每齿进给量的影响最小.     

Inconel 718介观尺度薄壁件微铣削力预测

Inconel 718介观尺度薄壁件在航空航天、医疗和通讯等领域的需求日益增长.薄壁微铣削变形是领域内的难题，而微铣削力是引起加工变形的重要因素.为实现薄壁微铣削力的预测，建立了Inconel 718薄壁微铣削加工过程的有限元仿真模型，以及微铣刀和薄壁件的几何模型，完成了网格划分，并验证了网格独立性.采用Johnson-Cook本构模型和失效准则描述材料本构关系和切屑分离准则，修正库仑模型描述摩擦特性.对比薄壁微铣削过程仿真模型输出的微铣削力与实验测量结果，最大和平均相对误差分别为11.23%,7.04%,验证了模型的有效性和准确性.     

基于等效热-力载荷的20Cr2Ni4预应力车削残余应力模拟及实验

为快速准确预测20Cr₂Ni₄合金钢预应力车削表面残余应力的分布,基于等效热-力载荷建立三维有限元仿真模型,通过切削热-力模型确定等效热-力载荷的分布形状和强度,将切削过程等效为接触正应力、接触剪应力和热流通量在已加工表面的循环作用.模拟的残余应力分布趋势与测量结果基本吻合.基于上述模型研究了切削速度、进给量和预应力大小对残余应力分布的影响.结果表明,切削速度对残余应力分布影响不明显,减小进给量能使表面残余拉应力和最大残余压应力减弱,增加预应力能够有效地减小表面残余拉应力和增大最大残余压应力.      

基于微晶刚玉砂轮的20 CrMnTi齿轮成型磨削表面完整性

为研究微晶刚玉砂轮成型磨削20CrMnTi齿轮的表面完整性,开展了20CrMnTi齿轮成型磨削试验,分析了砂轮线速度、轴向进给速度及径向进给量对齿面粗糙度、表层/次表层显微硬度、微观组织和残余应力的影响规律,探讨了由磨削引起的磨削烧伤、微观裂纹等损伤缺陷的形成机理,结果表明:径向进给量对表面粗糙度的影响最显著,砂轮线速度次之,轴向进给速度最不显著;磨削温度过高会导致磨削烧伤,淬火烧伤使得表面硬度提高5%~20%,回火烧伤则导致表面硬度不同程度地下降;表层组织从外至内分别为白层、暗层和基体组织,白层主要由致密的马氏体+碳化物+残余奥氏体组成;砂轮线速度和径向进给量的增大使得由磨削引起的残余拉应力增大,表面残余压应力下降并逐渐向拉应力转变,当表面最终残余拉应力大于材料的断裂强度时,表面产生微观裂纹.     

基于次摆线轨迹的铣削层厚度模型

铣削层厚度模型很大程度上影响着铣削加工瞬时铣削力计算精度,在每齿进给量较小情况下能较好地反映铣削层厚度的瞬时变化,但在每齿进给量较大情况下铣削层厚度计算精度不足。该文分析铣削刃随刀具旋转和工件进给的运动规律,建立铣削刀具次摆线轨迹模型,给出铣削起始角和终止角,提出一种基于次摆线轨迹的铣削层厚度模型。通过与现有圆弧模型和等效均匀厚度模型对比,结果表明:该模型在不同每齿进给量下均能保证较高准确性。     

石墨烯铝基复合材料超声辅助微铣削工艺研究

超声辅助微铣削作为一种新兴复合加工技术,在加工硬脆材料和复合材料中具有独特的优势.针对石墨烯铝基复合材料在工业应用中存在难加工、加工精度要求高、加工效率低等问题,本文以纯铝及石墨烯铝基复合材料为研究对象,对不同配比的石墨烯铝基复合材料进行了超声辅助微铣削实验.通过正交实验分析石墨烯含量、每齿进给量以及超声振幅对铣削力和加工表面粗糙度的影响,从而确定石墨烯铝基复合材料在超声辅助微铣削下的最佳工艺参数.实验结果表明,当每齿进给量为1 μm/z,超声振幅为3.05 μm时,石墨烯铝基复合材料的加工性能最优.      

薄壁构件铣削加工可靠性灵敏度分析

利用单频率法建立薄壁构件铣削稳定性及表面位置误差模型,采用Kriging方法对薄壁构件铣削稳定性及表面位置误差进行了可靠性灵敏度分析,评价铣削参数对薄壁构件铣削稳定性及表面位置误差的影响程度.研究结果表明:随薄壁构件铣削系统的阻尼比及y向刚度的增加,系统的可靠度增加;随切向力系数、固有频率、径向侵入比及轴向切深的增加,系统可靠度降低;径向力系数和每齿进给量对系统的影响较小.研究结果能为薄壁构件高速铣削加工提供合理的理论依据.     

Inconel 718合金喷丸残余应力场及应力松弛的研究

研究了Inconel 718合金喷丸残余应力场及在500℃、600℃保持过程中残余应力的松弛规律。采用钢丸、玻璃丸组合喷丸后，Inconel718合金表面压应力约为-570MPa，距表面0．1mm处压应力达到最大值约为-790MPa，距表面约0.55mm处压应力接近消失。采用玻璃丸喷丸后，表面压应力约-480MPa，距表面约0．06mm处压应力达到虽大值，约为-740MPa，距表面约0．4mm处压应力接近消失。喷丸后的高温保持过程中，残余应力部分发生松弛，应力松弛的动力学过程满足Zener-Wert-Avrami方程。     

高速铣削加工中进给量和进给间隔对表面粗糙度的影响

高速铣削时,进给量和进给间隔不仅是影响加工表面粗糙度的重要几何因素,同时也是影响切削效率的重要因素．通过理论解析的方法,讨论了使用球头铣刀的垂直加工中,进给量和进给间隔对表面粗糙度的影响,给出了表面粗糙度的计算公式,并提出了通过改变进给间隔和进给量,提高加工效率而不增大表面粗糙度的加工方法．     

激光冲击718镍铬合金残余应力场试验及有限元分析

为提高718镍铬合金的疲劳强度,采用Nd:Glass强脉冲激光对其表面进行冲击强化处理.经X射线应力仪测试冲击区的残余应力场,利用Abaqus有限元软件,以Johnson-Cook(JC)模型作为本构关系,对其残余应力场进行分析计算.通过试验结果与仿真分析的对比,说明激光冲击能形成残余压应力层、提高疲劳寿命,选择JC模型作为本构关系是可行的,但由于应变率的差异,必须对JC模型材料参数数值进行优化,才能取得较精确的结果,并从激光冲击次数对残余应力场的分析进一步加以验证.结果表明,所提的JC模型材料参数优化方法简单易行.     

激光冲击Johnson-Cook模型材料参数优化

采用Abaqus有限元软件,建立激光冲击718镍铬合金诱发的残余应力场非线性弹塑性有限元模型,实现激光冲击强化残余应力场的数值仿真.通过仿真分析及试验结果对照,说明以Johnson-Cook模型作为本构关系是可行的,激光冲击能形成残余压应力层,提高疲劳寿命,但由于应变率的差异,必须对JC模型材料参数进行优化,才能取得较精确的结果,并从激光功率密度对残余应力场的分析进一步加以验证.结果表明,提出的JC模型材料参数优化方法简单易行.     

工艺参数优化下连杆摆动副衬套结构强度研究

文中运用有限元法仿真了强力旋压下衬套中产生的残余应力,并基于温度等效模拟法获得了考虑残余应力下的连杆摆动副结构强度特性,进而开展了针对连杆摆动副衬套刚强度特性受减薄率、进给比和热处理温度等衬套工艺参数的规律分析和优化计算.结果表明,减薄率、主轴转速、进给比对残余应力值影响不大,残余应力值沿轴向呈对称分布,且两端较大;在连杆摆动副中,残余应力会使连杆摆动副工作中的应力与变形增大,残余应力较大处增幅明显,而对接触压力影响较小;由响应面优化该型衬套的应力和变形下的最优工艺参数为减薄率28.37%、进给比0.154和热处理温度261.73℃.      

小角度交错轴变厚齿轮齿根应力及影响因素分析

为了准确计算小角度交错轴渐开线变厚齿轮啮合过程中的齿根弯曲应力,采用空间齿轮啮合原理和有限单元法,分别建立了渐开线变厚齿轮齿面模型及空间小角度交错轴渐开线变厚齿轮啮合模型,提出了基于齿根及过渡圆弧精确建模的渐开线小角度交错轴变厚齿轮副齿根弯曲应力数值计算方法,对其齿根弯曲应力进行了分析,研究了关键设计参数顶隙系数、扭矩载荷、中心距误差、轴交角误差、小齿轮轴向误差以及大齿轮轴向误差对齿根弯曲应力的影响。结果表明,顶隙系数的增加使得齿根最大弯曲应力减小;轻载下齿宽方向的齿根应力分布较为平坦,重载下齿宽方向的齿根应力呈明显的抛物线状;轴交角误差和中心距误差的存在使得最大齿根弯曲应力增大,最大弯曲应力的位置随误差的正负而分别向轮齿的两端偏移,大小齿轮轴向位置误差对轮齿弯曲应力影响较小。     

地铁列车减速器直齿轮弯曲疲劳有限元分析与试验

为研究地铁列车减速器小齿轮齿根部受力情况及弯曲疲劳裂纹萌生的机理,通过建立齿轮副有限元模型,对齿轮啮合过程进行瞬态动力学分析,得到了齿轮啮合过程中齿根处的应力-时间历程进而对齿根弯曲疲劳行为进行了试验研究。瞬态动力学分析表明,小齿轮齿根处在啮合过程中受到脉动循环载荷的作用,最大拉应力出现在齿轮啮合至分度圆时;且齿根处最大主应力的方向为沿齿根切线方向。齿根弯曲疲劳试验结果表明,裂纹在齿根弧线的中间位置萌生,方向为齿根切线的垂直方向。结合有限元分析结果可发现,齿根处裂纹在最大拉应力幅值位置萌生,其扩展行为受最大拉应力的主导。为进一步优化齿轮的设计、制造工艺及材料的选择提供了依据。     

斜齿轮接触特性有限元分析

为了研究斜齿轮啮合过程中齿面接触力分布,通过有限元方法建立齿轮接触分析模型,研究了塑性变形、齿面摩擦、温度以及材料线性强化等因素对啮合性能影响,并通过实验对比了仿真结果.结果表明:塑性变形、齿面摩擦、温度和线性强化对轮齿齿面接触力均有影响.实验结果表明:温升测试中,齿顶、齿根区域的实验和仿真温度变化趋势一致;应变测试中...     

镍基高温合金高速铣削加工表面完整性

采用高速铣削加工试验,研究切削速度对2种不同的镍基高温合金FGH95和Inconel718已加工表面完整性的影响规律,并观察高速铣削加工后的切屑形貌。试验结果表明:在较低切削速度范围内(800~2 000 m/min),切削速度对表面粗糙度的影响很小,两者表面粗糙度相差不大,但在较高的切削速度范围内(>2 000 m/min),FGH95的表面粗糙度要大于Inconel718的表面粗糙度。在相同切削条件下,Inconel718的加工硬化率和加工硬化层深度要明显比FGH95的大,并且Inconel718表面白层的厚度大于FGH95表面白层厚度。高速铣削加工FGH95和Inconel718切屑均出现明显的锯齿化现象,并且随着切削速度的提高,锯齿化程度不断加剧以至变为碎屑。     

铝合金6061微尺度铣削的铣削力仿真与实验研究

采用有限元仿真和单因素实验相结合的方法,研究了铝合金6061微尺度铣削的铣削力影响因素.建立了刀具和工件的三维模型并对其进行装配和网格划分,通过有限元仿真模拟了铝合金6061材料的微尺度铣削过程,得到了铣削速度和铣削深度对铣削力的影响规律,并进行了单因素实验研究.结果表明:随着主轴转速的不断增大,铣削力先增大后减小,转折点为24000r/min;随着铣削深度的不断增大,铣削力先增大后减小再增大,转折点为10μm和12μm;随着进给速度的不断增大,铣削力也不断增大.优选出铝合金6061材料微尺度铣削最优工艺参数组合为:主轴转速48000r/min,铣削深度5μm,进给速度20μm/s.