齿轮移动感应加热温度均匀性研究

风电齿轮体积庞大、结构较复杂且在感应加热时存在端部效应，导致难以实现齿廓及齿宽的均匀加热，影响最终强化质量.本文以平均温度、最大温差和相对温度浮动率作为加热效果判定指标，研究了风电齿轮在扫描感应加热过程中沿齿廓及沿齿宽方向的温度场，并对齿轮相变和淬硬情况进行分析.研究发现，一定范围内的温度均匀性在齿宽方向由齿顶至齿底逐渐提升，其原因在于齿形结构厚度的剧烈变化.在稳态位置经感应淬火强化的齿轮，齿廓方向淬硬层深度整体上几乎与宏观相变层深度保持一致，过渡区域相对较窄.阐明了齿轮扫描感应加热的效果以及强化结果，为高性能钢铁材料在风电领域广泛应用提供了研究基础.     

小口径非球面光学模具斜轴磨削加工试验研究

小口径非球面光学模具采用超精密斜轴磨削加工避免传统直交磨削法中砂轮轴与工件发生干涉的问题.选用碳化钨和不锈钢材料作为工件,采用斜轴磨削法,对小口径非球面光学模具磨削加工进行试验研究.结果表明:碳化钨模具获得的表面粗糙度和面形精度分别为R_a1 nm和PV 182 nm,不锈钢模具获得的表面粗糙度和面形精度分别为R_a4 nm和PV 304 nm,说明碳化钨模具的磨削效果明显优于不锈钢模具,且磨削后表面质量随工件转速、砂轮转速及砂轮粒度增加而变好,随磨削深度及进给深度增加而变差.     

小切深条件下磨削表面完整性变化机理

磨削表面强化后的残余应力及表面层硬度的改变是评价零件加工表面完整性的重要指标,并对零件的疲劳强度、耐磨损性能等影响显著.针对工程中更为多见的小切深磨削工艺过程,基于45钢试件磨削加工试验,以磨削变质层的金相组织、厚度、表面硬度和残余应力为研究对象,重点讨论了小切深条件下磨削表面变质层组织特征与形成机理.结果表明:在小切深干磨削条件下,工件表层存在残余拉应力,应力值随磨削深度的增加或工件速度的增加而减小;工件表面变质层厚度随磨削深度的增加或工件速度的减小而增大.试验结果说明,在小切深干磨削条件下,合理确定磨削用量及砂轮特性参数等,可使工件表层产生强化作用.     

T型模头熔体流动与模具变形耦合的数值模拟

为了研究T型模头熔体出口的流率均匀性,利用计算流体动力学软件Polyflow对一种T型模头内的熔体流动和模具变形进行了耦合数值模拟.结果表明:模具流道表面沿模具厚度方向的变形在挤出方向和模具宽度方向均为非线性变化,造成熔体出口流率均匀性与不考虑模具变形的理论设计结果相差较大;随着挤出量增加,狭缝沿模具厚度方向的变形增大,熔体出口流率均匀性降低;随着模具厚度增加,狭缝沿模具厚度方向的变形减小,熔体出口流率均匀性提高.     

预应力加载条件下零件干磨削表面强化层特征

采用预应力复合干磨削加工技术,对未调质45#钢试件在不同预应力加载条件下实施表面磨削淬硬,观测不同磨削深度和进给速度条件下的试件表层金相组织,测量并分析试件在不同预应力条件下磨削淬硬层厚度、金相组织的变化状况,并通过试件截面不同位置硬度测定显示淬硬层厚度及金相成分的变化,得到试件施加预应力对淬硬强化层厚度的影响规律.研究表明,预应力淬硬磨削能使工件表面产生强化层,且大的磨削深度和小的进给速度有利于试件表面发生相变强化以及表层塑性变形的增大.     

预应力淬硬磨削复合加工表面粗糙度试验

以预应力淬硬磨削条件下试件表面粗糙度变化规律为研究对象,通过对45钢试件进行预应力淬硬磨削试验并进行表面粗糙度测量,分析了预应力淬硬磨削工艺参数(预应力、磨削深度、进给速度等)对试件表面粗糙度的影响机制.结果表明,粗糙度在试件表面分布并不均匀,其数值基本上都是从切入区到切出区逐渐增大的;适当增加预拉应力数值可以降低工件表面粗糙度,有效抑制试件表面微观裂纹的扩展,降低磨削温度,改善试件表面质量;预应力淬硬磨削中磨削深度和进给速度对表面粗糙度的影响与普通磨削一致,即随着磨削深度和进给速度增加表面粗糙度数值逐渐增大.     

不均匀胶层对CFRP板加固梁的界面应力影响

采用数值试验研究了CFRP板加固钢筋混凝土梁中不均匀胶层的应力及加固界面应力.被加固梁界面上设置缺口改变胶层的局部厚度,根据缺口的深度、宽度、位置建立6种分析工况.研究表明,缺口距离CFRP板端部较近时,界面峰值应力会高于无缺口工况,缺口远离CFRP板端部位置时,峰值界面应力几乎不受影响;缺口距离CFRP板端部为CFRP板长的0.83%和1.25%时,峰值界面剪应力和正应力分别达到最大值;当缺口的长度或深度增大时,峰值界面剪应力和界面正应力均增大,界面应力对于缺口深度更敏感;在远离CFRP板端部区域,胶层中的应力沿其厚度方向均匀分布;当缺口出现在CFRP板端部附近时,CFRP板端部胶层中的应力沿厚度方向变化更大且应力在缺口区域内分布更加不均匀.     

镍基单晶高温合金磨削变质层工艺试验研究

为探究镍基单晶高温合金的磨削变质层工艺特性，采用单因素试验的方法，研究不同磨削参数及冷却条件对磨削变质层厚度的影响规律.结果表明，在镍基单晶高温合金DD5的磨削表面及亚表面存在一定厚度的磨削变质层.磨削变质层中的塑性变形层内γ相和γ′相发生剧烈扭曲变形且磨削变质层的硬度大于基体.不同磨削参数及冷却条件对磨削变质层厚度产生不同影响，随着砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度的增加，磨削变质层厚度的变化分别表现为先减小后增大、不断增大、先增大后减小；在试验参数范围内，微量润滑(MQL)作为冷却条件可以降低相应的磨削变质层厚度，最多达到3.5μm.     

非均布温度条件下CRCP+AC复合式路面温度应力分析

根据传热学相关理论,应用大型有限元软件ANSYS10.0对夏季高温条件下CRCP+AC复合式路面瞬态温度场进行了模拟,利用温度-结构耦合原理计算了日周期气温下路面结构的温度应力.分析过程中,考虑了温度沿路面深度方向分布的非线性特征及初始参考温度的非均匀性,对CRCP+AC复合式路面温度应力的影响因素进行了分析.研究结果表明,AC层厚度、CRC层厚度、CRC与基层接触条件的改变对路面结构温度应力的影响较大.当AC层厚度小于6 cm后,改变CRC层厚度对混凝土板温度应力影响不大.     

基于40Cr高温动态力学性能的磨削表面动态再结晶行为

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)实验得到了40Cr合金钢在高温高应变率下真应力-真应变曲线，据此确定了材料发生动态再结晶的临界条件.采用解析法和实验法分别求解了磨削强化层的温度场和塑性应变场分布.结果表明，磨削强化层在磨削深度方向具有较大的温度和塑性应变梯度;150μm强化层内会发生奥氏体转变;磨削表面最高温度可达1060℃.在磨削亚表面60μm内会产生剧烈的塑性变形，达到了再结晶的临界条件.较大的磨削深度使磨削强化层塑性应变增大，再结晶现象越充分，微观组织细化程度越高.     

窄深槽高速缓进给磨削温度的试验

为了研究窄深槽结构类零件磨削温度的变化趋势及影响因素,采用电镀CBN砂轮对AISI 1045钢工件进行了高速深切缓进给磨削试验并利用热电偶采集温度分布数据;分析了窄深槽磨削过程中磨削温度的变化趋势以及砂轮线速度、工件进给速度、磨削深度对窄深槽底部、圆角位置、槽侧面位置温度分布的影响。试验结果表明: 窄深槽磨削区温升主要来源于材料塑性变形功的增加,同时磨削温度会由于塑性变形功的突变效应产生波动;缓进给磨削中磨削温度随砂轮线速度的增加而降低,而随工件进给速度和磨削深度的增大,磨削温度均升高,其中工件进给速度对磨削温度起主要作用,磨削切深对其影响次之,砂轮线速度的影响最小。     

小切深条件下磨削加工表面的温度场及表面完整性

基于矩形热源模型对小切深磨削加工表面温度场进行了建模及数值仿真.采用45钢作为工件材料,研究了磨削过程中不同磨削参数条件下工件表层温度场分布规律及表层金相组织特征.结果表明:在小切深条件下,磨削区的最高温度随着磨削深度的增加或者工件速度的降低而增大,磨削深度对表层最高温度的影响大于工件速度的影响;工件速度对表层温度梯度的影响大于磨削深度的影响,磨削区温度并未完全达到相变温度.     

不锈钢材料预应力磨削表面耐蚀性能数值模拟

为探究预应力磨削后表面腐蚀演变机理及磨削参数对不锈钢耐蚀性的影响,以304不锈钢为研究对象,建立了考虑预应力磨削表面形貌特征的不锈钢耐蚀性能数值模型.首先,推导了粗糙表面腐蚀场演变的相场方程.其次,建立了预应力磨削后工件表面形貌模型.最后,搭建了具有非高斯分布磨粒特征的自相关砂轮表面地貌模型,应用所建模型探究了不锈钢材料预应力磨削表面的耐蚀性能.与已有研究结果相对比,所得结论符合一般性规律,验证了所提方法的合理性.结果表明,预应力磨削表面在腐蚀环境中具有“抛光效应”,随着腐蚀时间延长,表面耐蚀性增强;在使用冷却液的工况下,适当增大预应力和砂轮线速度、减小进给速度有利于改善磨削后不锈钢材料加工表面的耐蚀性能;当预应力给定时,仍可通过优化砂轮线速度和进给速度的办法来进一步改善不锈钢工件的耐蚀性能.     

激光表面Cr－Ni合金化层的成分控制与抗蚀性

作者借助光学显微镜、电子探针和互射线衍射仪研究了激光工艺参数及预涂复层（Ｃｒ－Ｎｉ）厚度对低碳钢熔区的成分、显微结构、形状系数以及耐蚀性的影响．实验结果表明，激光功率和预涂复层厚度极大地影响表面合金层的成分合量、分布及合金层的宽度与深度，但受扫描速度的影响较小．通过近取适当的工艺参数，可以获得合金成分均匀分布的表面合金层，在５％Ｈ２ＳＯ４中耐蚀性可以与１８－８不锈钢相媲美．     

基于预应力加载的淬硬表面强化层厚度预测

为评估预应力磨削加工中,预应力参量对工件表面磨削强化层厚度的影响,对未调质45钢试件施加0~100 MPa不同预应力并进行表面磨削淬硬.在有限元软件ANSYS中用热-力顺序加载的办法模拟磨削加工淬硬过程,分析热相变和加工硬化对加工硬化层厚度的影响,探讨距切入点不同位置的加工硬化层厚度分布.硬化层厚度仿真结果与试验数据相符,误差小于6%.同时,加载预应力导致磨削表面强化层厚度出现小幅减薄(10%)的结果,证实加载预应力加剧材料组织重分布,抑制了淬火碳化物的弥散,但可能并非是利于硬化层厚度增加的因素.     

基于热-力耦合磨削表层残余应力的仿真分析

为研究磨削后工件表面残余应力的分布特征需要先进行磨削区温度场的分析.通过建立磨削区温度场的数学模型和传热模型,应用ANSYS分析不同磨削参数对磨削区温度场的影响,仿真结果表明磨削深度对最高温度的影响最大.结合磨削过程中产生的磨削力,用APDL程序对磨削区的热-力耦合场进行ANSYS分析,获得工件在恢复室温时磨削残余应力大小及分布状态,揭示热-力耦合情况下对磨削表面残余应力形成的影响机制.通过残余应力试验对比试验结果和仿真结果,验证了仿真方法的有效性.