预应力硬态切削的残余应力及表面形态

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳寿命.文中针对轴承套圈外滚道表面的残余应力问题,采用预应力硬态切削方法,来主动控制轴承零件加工表面的残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命.通过切削实验对比,分析了硬态干式切削、预应力硬态切削和磨削三种方法加工轴承套圈得到的加工表面残余应力和加工表面硬度,并对轴承套圈的加工表面形貌和状态进行了研究.结果表明,预应力硬态切削方法可以在轴承套圈加工表面获得合适的残余压应力状态和良好的表面质量.     

基于热力耦合分析的预应力切削残余应力研究

对预应力切削的已加工表面残余应力状态进行热力耦合分析,通过对机械应力和热应力在工件表面分布的叠加,发现加工表面存在3种不同的残余应力类型,文中定性讨论了其产生条件,并进一步分析了刀具切削刃钝圆和预应力对工件表面残余应力状态的影响.最后采用不同钝圆半径的刀具和预应力对表面淬火硬化的40Cr合金钢进行硬态切削实验,并将实验结果与理论分析结果进行了对比.结果表明:切削刃钝圆影响残余应力的大小和分布;钝圆半径越大,残余压应力越大,应力层也越厚;预应力可以有效提高加工表面的残余压应力,而对其分布基本没有影响;实验结果和理论分析相吻合,说明文中理论分析是正确的.     

预应力硬态切削对轴承套圈加工表面残余应力及形态的影响

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力的分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳强度及寿命,本文针对轴承套圈外滚道表面残余应力的问题,采用预应力硬态切削方法,以主动控制轴承零件加工表面残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命。文中对比和分析了硬态干式切削、预应力硬态切削和磨削三种方法加工轴承套圈得到的加工表面残余应力,并研究了加工表面硬度、表面粗糙度以及表面状态等。结果表明,预应力硬态切削可以获得满意的残余压应力状态和较好的表面质量。     

预应力硬态切削加工中残余应力的数值模拟

航空轴承外圈的疲劳裂纹分析表明,套圈表面的残余压应力分布致使轴承表面接触疲劳寿命降低。预应力切削是一种能主动控制加工表面的残余应力状态的方法,它是通过预先给工件施加一个弹性范围内的张应力后再进行切削加工。针对预应力硬态切削的特点,建立了切削模拟的三维热力耦合模型;分析研究了材料本构方程、任意拉格朗日-欧拉方法以及刀屑接触面的摩擦模型等切削模拟中的关键技术。最后,通过切削实验和有限元模拟,比较和分析了预应力硬态切削对加工表面应力状态的影响,证明了预应力切削方法能在加工表面产生残余压应力,从而提高加工表面的接触疲劳寿命。     

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.      

预应力时效性对磨削强化表面应力的影响

为了获得不同预应力卸载时间的磨削硬化层残余应力值及马氏体含量,进行了预应力淬硬磨削实验.对预应力磨削进行仿真,得到了工件表层的温度变化情况及预应力卸载时间对表面机械热应力的影响.结合实验数据和仿真模拟,讨论了预应力时效性对相变和相变应力的影响.结果表明:在7s内,预应力具有一定的时效性;随着卸载时间的增加,晶体内部晶界伸长,马氏体含量有所增加,加工表面残余压应力增加.     

剥层测量残余应力的修正

已加工表面残余应力以地机械零部件的功能行为有很重要的影响。然而，到目前为止，已加工表面层内残余应力的测量仍存在许多问题。本文提出了表面剥层时残余应力测量（用X射线法或剥层线性方程法）的修正方法及修正公式。通过对试验数据修正计算，结果表明，应用此方法可大大提高测量精度，本文为残余应力测量修正提供了理论依据。作者还讨论了已加工表面残余应力测量修正的必要性问题。     

螺杆的预应力硬态切削加工

基于预应力切削原理,设计了一种用于车削加工的预应力加载装置,以解决对工件施加较大预应力同时进行车削的难题;采用PCBN刀具对加载不同预应力的螺杆进行了车削实验,研究了不同预应力条件下工件的预应力、工件表面的残余应力、工件表面粗糙度、预应力对切削力的影响以及PCBN刀具的磨损情况,并与普通硬态切削加工进行比较.实验结果表...     

车削加工表面残余应力离散度的实验研究

在干切削和使用冷却润滑液切削的状态下,对45#钢进行粗、精车削,采用数理统计方法,对加工表面残余应力的离散性进行研究.实验结果表明:工件表面残余应力的离散是不可避免的;同一加工表面的残余应力具有一定的离散性,不同工件、不同加工条件下残余应力的离散程度不一样;粗加工表面的残余应力离散程度比精加工表面的大,干切削加工表面残余应力的离散程度大于湿切削;工件的残余应力离散程度都在一个有限的范围,因而可以通过制定残余应力公差来指导工件的加工和检测,以保证工件表面残余应力的控制精度.     

基于AM60镁合金超精密车削残余应力仿真及实验

为改善AM60镁合金超精密车削加工工艺方法,采用金属切削理论和有限元分析法对超精密加工进行微米级仿真,建立三维有限元模型,并利用Advent Edge软件对残余应力进行仿真分析,研究切削参数对残余应力的影响规律,为验证仿真的结果,对AM60镁合金压铸件进行车削加工,并利用X射线衍射仪对已加工工件表面残余应力进行测量。仿真结果表明:单点金刚石刀具具有的超高导热性,对残余应力分布的热效应起到了一定的抑制作用。工件表面残余应力随着切削深度的增大而减小,随着切削速度的增加而增大。切削进给量对残余应力的影响最明显,切削速度及切削深度影响较小。通过实验测量结果对仿真结果进行验证,为AM60镁合金超精密车削工件表面残余应力的控制打下一定基础。     

液氮强制冷却控制工件表面质量的研究

针对在常规车削和磨削过程中，工件已加工表面层不可避免地会产生残余应力这一现象，采用强制冷却加工方法。试验结果证实：在加工过程中对工件表面实施强制冷却是对工件表面残余应力实现主动控制的简易而有效的方法。     

拉伸装夹改变铣削残余应力的机理研究

基于平面应变的热弹塑性理论分析了拉伸装夹加工残余应力的形成原理,建立了拉伸装夹加工的应变叠加模型,认为残余应力由加工表面的塑性应变决定,而加工表面的塑性应变是加工过程引入的塑性应变和拉伸装夹产生的初始弹性应变之和. 开展了TC4钛合金的拉伸装夹铣削试验,铣削速度从38m/min到566m/min,拉伸装夹产生的初始应变从0和3.0‰, 铣削完成后,在铣削面内与拉伸方向呈0、30、90、120度的四个方向上分别测量了残余应力.试验结果表明在四个测量方向上拉伸装夹引起的残余应力变化量和产生的初始弹性应变一是致的,验证了应变叠加模型的正确性。     

磨料流加工流动形态及加工效果的研究

本文根据流变学原理建立了磨料流加工圆孔时磨料流动形态的数学模型，利用照相法对流动形态进行的分析结果表明：边界层磨粒与加工面相对滑动量及剪切应力越大，其加工效果越好．实验结果与理论分析的结论基本一致。     

反向精切法对调整已加工表面残余应力的研究

本文根据加工硬化总伴随残余应力同时出现的原理,对反向精切法调整已加工表面残余应力进行了研究。试验结果表明:当采用适当的切削厚度(?)反向精切能获得残余压应力并同时获得硬化程度和粗糙度相对较低的表面。反向精切法适用于要求加工硬化程度较低,表面耐磨性要求较高和低残余应力的加工。这种方法具有使用简便和经济的优点.     

仿形磨削的加工质量研究

对1:1仿形磨削表面粗糙度影响因素和加工误差组成进行了分析,提出了一种实用的保证均匀表面粗糙度的控制方法和仿形加工误差的计算方法。得出:可依据具体的磨削型面和仿形结构控制磨削工艺,保证稳定的表面质量;可通过伺服系统、磨具和仿形结构的误差及型面特性确定仿形磨削型面上每一点的加工精度。     

基于压缩Voxel模型的整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真验证

提出了基于压缩Voxel模型的整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工仿真、验证新方法.该方法首先构造整体涡轮叶盘仿真工件、成型电极压缩Voxel模型,再根据数控加工轨迹构造成型电极扫描体,最后在三维虚拟空间完成加工过程仿真.利用Marching Cubes方法提取仿真工件表面三角网格,增强了仿真工件显示质量和速度.通过仿真工件压缩Voxel模型与标准CAD模型的三维对比实现了仿真结果分析验证.该方法在某航天火箭发动机整体涡轮叶盘五坐标数控电火花加工编程仿真与验证中得到了应用,效果良好.