拉紧条件下铝合金铣削残余应力的试验研究

以铝合金为研究对象,提出将拉紧装夹应用到铣削加工中,以便对加工后工件表层的应力状态进行控制,改善零件的疲劳性能。本文设计了机械式单向拉紧夹具用于铣削试验。通过试验,得出了预应力、工件厚度以及加工参数等对表面残余应力的影响趋势。研究表明,拉紧条件下铣削可以实现对工件表面残余应力的控制,从而获得理想的残余压应力,对改善零件的疲劳性能极其有益。在本试验条件下,获得的工件表面残余应力均为压应力,最大可达-250 M Pa。     

改进剥层应变法测量铝合金预拉伸厚板内部残余应力分布

铝合金预拉伸板已广泛应用于航空整体结构件的制造,其内部初始残余应力引起的加工变形已严重制约新型飞机的研制和生产。测量残余应力的方法很多,但一般只能测量工件的表面和浅表层,而厚板内部残余应力测量一直是工程中的难点。文中针对铝合金预拉伸厚板的特点,提出了测量其内部残余应力的方法,并运用弹性力学理论进行了理论推导,得到了应力-应变关系矩阵。用该方法测量了7050T7451铝合金厚板内部残余应力,并对测试结果进了分析和比较。结果表明,本文提出的方法有效地解决了厚板内部残余应力测量的难题,有较高的工程应用价值。     

切削加工过程数值模拟的研究进展

针对机械工程师基于经验或试验来制定切削加工工艺规程,难以保证产品质量的制造难题,近年来有限元方法在切削加工过程中得到了越来越广泛的应用。本文介绍了国内外切削加工过程数值模拟的研究进展,重点阐述了切削加工过程中塑性变形过程、切屑分离和断裂判定准则、工件与刀具接触和摩擦、切削加工过程中温度场与应力场的热力耦合,以及加工表面层微观组织结构与残余应力的预测等关键技术的研究进展情况。最后对切削加工过程数值模拟的发展方向进行了展望。     

拉伸装夹对航空框类零件加工变形影响的有限元分析

拉伸装夹可以改变已加工零件表面的残余应力分布状态,使其向残余压应力的方向转化,这对于提高航空零件的疲劳性能非常有益。但是,对于航空薄壁件来说,由于其结构刚性差,装夹方式不当易引起较大的加工变形,从而影响到其加工精度。本文采用有限元分析方法,模拟分析了拉伸装夹方案对薄壁件加工变形的影响。在保证已加工表面产生所需残余压应力的前提下,从控制薄壁件加工变形的角度出发,对拉伸装夹方案进行了优化。结果表明,采用拉伸装夹对于框类零件加工同样适用,为减小加工变形,拉具和拉撑间距应尽量大,拉伸力尽可能小,拉伸位置尽量放在刚性较强的面上。     

工件底孔直径对Q460高强度钢冷挤压内螺纹的影响

试验研究了工件底孔直径对Q 460高强度钢冷挤压内螺纹的影响,包括分析工件不同底孔直径下内螺纹牙形、表面残余应力、硬度及端面表面形貌的变化。结果表明,冷挤压加工后内螺纹端面堆积体呈两边高、中间低的凹陷形,随着工件底孔直径的减小,端面堆积的高度不断增加,堆积程度也就变得愈加严重,螺纹牙顶、牙侧与牙根处表层硬度与表面残余压应力均升高。工件底孔直径的选择,在正确保证螺纹质量和丝锥寿命的前提下应尽可能取最大值,但是,一般情况下没有必要过分要求最高的牙高率,否则将给内螺纹挤压成形带来许多困难。Q 460高强度钢冷挤压内螺纹的工件底孔直径最佳取值范围为21.20～21.30 mm,牙高率超过80%,完全符合螺纹质量要求。     

激光冲击成形下3A21铝板料表面残余应力

激光冲击成形的重要特点之一就是能在工件表面形成残余压应力,起到强化的作用,对具有抗疲劳性能要求的航空结构件有重要意义。本文对激光冲击成形的3A 21防锈铝板的残余应力分布特性进行了研究。用X射线应力测定仪进行了三个方向残余应力的测量,建立了主应力计算公式,分析其形成机制与分布特性。试验结果表明:在脉冲能量42 J、脉冲宽度23 ns、脉冲功率1.2×109W作用下,板料正反两面产生的残余应力小于-100M Pa,且均为压应力,除变形区域顶点主应力方向为0°外,其他点的主应力方向约为-30,°且正方形板料对角线方向应力大于穿过中心边长方向的应力。     

激光冲击成形TA2钛合金板的变形与残余应力

利用脉冲能量为10~50 J、脉宽为22 ns的高功率N d∶G lass激光器,对TA 2钛合金板进行单次激光冲击成形实验研究,探讨了工件支撑座内径、90°顶角凸模的顶部圆弧半径等条件对钛合金板成形的影响。研究表明,当板材底部无约束支撑时,板材的最大变形量随支撑座口径的增大而减小,且板材凹凸面的表面残余应力都是压应力;当采用凸模冲击成形时,板材的最大变形量随凸模圆弧半径的增大而减小,但表面残余应力变化趋势不明确,有时为压应力,有时为拉应力。     

退火温度对Ti6Al4V薄板退火变形影响的有限元分析及实验验证

为了研究钛合金退火变形规律,对Ti6Al4V薄板初始残余应力作一定假设和简化,采用MSC.marc软件建立Ti6Al4V薄板退火热粘塑性模型,分析不同退火温度(550, 580, 600, 620, 650 ℃)对钛合金退火变形的影响及其原因,并结合退火实验验证模拟结果。结果表明,初始残余应力在蠕变作用下产生蠕变应变和弹性应变,使薄板退火后应变分布符合板材弯曲时典型应变分布规律,最终导致薄板退火变形。随着退火温度升高,蠕变作用加强,退火变形增大,而应力应变随时间变化趋势基本一致。实验结果验证了数值模拟的可靠性。     

铣削工艺参数对镍基粉末高温合金650℃低周疲劳寿命的影响（英文）

研究了不同铣削工艺对疲劳损伤的影响规律。对采用4种工艺加工的试样进行了650℃高温空气环境下的低周疲劳试验。分别采用粗糙度表征方法、背向散射电子衍射技术和纳米压痕测试以获得试样的表面粗糙度、残余应力和加工硬化。测试结果表明,采用电火花线切割方法加工的试样疲劳寿命最高(平均80 360循环),有最低的表面粗糙度(0.226)和残余应力;而钝刀具加工的试样疲劳寿命最低(平均43 978循环),相较于电火花线切割试样的疲劳寿命下降了45%。扫描电镜表征结果表明,疲劳裂纹主要由粗大的非再结晶晶粒和加工缺陷引发。铣削加工方法和参数对疲劳损伤程度和疲劳寿命有重要影响。     

CFRP曲面铣削力及加工缺陷研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)曲面结构不断变化的工件倾角使得在加工过程中易产生分层、毛刺等缺陷。为研究工件倾角对CFRP曲面结构可加工性的影响规律,采用金刚石涂层铣刀对不同倾角下CFRP叠层平板结构进行顺铣加工试验,对不同坐标系下的铣削力和加工侧面、表面缺陷进行了研究。研究结果表明,随工件倾角的增大,水平方向上每齿所切材料平均厚度与截面积均减小,等效轴向切深逐渐增大,但是每齿去除材料体积保持不变。机床坐标系下的铣削力几乎不随工件倾角的变化而变化。而在工件坐标系下,铣削力沿工件厚度方向逐渐增大,沿工件长度方向逐渐减小。同时随着工件倾角的增大,侧面表层分层缺陷不断加重,纤维束发生弯曲,裂纹沿纤维方向逐渐扩展至表层内部,加工表面遭受破坏铺层数量也同样增加。     

金属增材制造变形与残余应力的研究现状

金属增材制造中的变形及残余应力对于成形过程及零件性能均会产生一定的影响,两者影响因素众多,在增材制造过程中的演化尚未明确揭示。本文综述了国内外关于金属增材制造变形和残余应力的研究现状,提出"约束力"新概念,为金属增材制造变形和残余应力机理的深入研究提供了新的方法。     

大走刀量切削加工

§1.科列索夫大走刀切削加工的本质及意义 大家知道,工件加工过程的生产效率是和加工该工件的时间(机动时间,辅助时间和组织工作时间的总和)成反比的,加工的时间消耗愈少,生产效率也就愈高。而其中机动时间又是构成加工时间的主要项目。机动时间可以按照大家所熟知的公式来计算:     

平面磨削时表层质量过程监测参数的实验研究(2)——磨削表层应力状态的过程监测和预报

磨削表面残余应力状态是影响许多机器零件使用性能的重要表面特性之一。但它极难在磨削过程中进行监测和判断。 在平面磨床上进行大量16MoCr5表面硬化钢的磨削试验证明,磨削表面残余应力σ_Ⅱ与单位面积磨削功率P″_c及磨削力比F_n/F_t间存在很好的函数对应关系,在实验数据的基础上应用回归分析的方法建立了用过程特征参量计算表面残余测定仪应力的实验公式。当P″_c:未超过第二临界值P″_(cⅡ)时,用残余应力模型所计算的数值与由X射线应力测定仪测定的数值相符合。而在超过该临界值P″_(cⅡ)的情况下,由于磨削烧伤引起表面产生二次淬硬层其至裂纹,这时计算所得的高的拉应力值不就能在工件表面测得。 综合本研究课题的第一部分及本文的结果表明,单位面积磨削功率P″_c和磨削力比F_n/F可以作为磨削过程监测和预报表层质量的可靠的过程特征参量应用于生产实践。     

刀具变形引起的球头铣刀加工误差建模

针对数控加工中刀具变形引起的加工误差问题,以球头刀具为研究对象,通过建立球头刀具铣削力模型和刀具受力引起的变形模型.对球头刀具变形引起的加工误差进行研究,建立球头铣刀刀具变形引起的加工误差仿真预测模型;在数控加工几何仿真和铣削力仿真的基础上开发了球头铣刀刀具变形引起的加工误差仿真预测功能,并集成到数控加工仿真系统中用于刀具变形引起的加工误差预测.加工验证实验表明所提出的球头铣刀刀具变形引起的加工误差模型预测的可靠性.     

弧面分度凸轮廓形铣削加工系统的动力学分析

以弧面分度凸轮廓形铣削加工系统的分析与简化为基础,建立了动力学模型,利用M atlab6.0对加工系统进行了动力学仿真与分析。在凸轮切削加工过程中,振动最强烈的区域发生在切入阶段和切出阶段;与凸轮非分度区廓形加工相对应的扭振振幅小且稳定;切削用量对加工系统的动力学响应有明显的影响,工件进给速度、刀具轴向最大切削深度越小,系统的振动越弱,刀具(主轴)转速提高,工件子系统振动减弱,刀具子系统的振动增强;生产效率相同时,刀具轴向最大切削深度减小,更能有效地减弱切削加工系统的振动。     

旋印电解加工

航空发动机机匣是航空发动机重要的连接、承载部件,它结构复杂、刚性弱、材料难加工,目前存在加工变形严重、壁厚精度差等制造难题,已成为制约新型航空发动机研制和生产的瓶颈。针对薄壁机匣的制造需求,本文提出了旋印电解加工技术,该技术采用回转体电极作为阴极工具,通过工件与工具的同步对转对阳极工件逐层精确溶解去除,实现薄壁机匣的无变形精密加工成形。研究揭示了旋印电解加工阳极成形规律、难加工材料脉动态溶解机理、电解液流场分布特性等基础科学问题,突破了阴极工具设计、钛合金点蚀抑制、流场优化设计等关键技术,研制出具有自主知识产权的大型旋印电解机床,实现了大型薄壁机匣的高效精密加工,为新型航空发动机的研制和生产提供了重要的技术支撑。     

型腔尖角的轨迹优化

在铣削型腔尖角加工过程中,当环切法加工的行间距离比较大时,型腔尖角处将会出现加工残余.由于刀具与工件的接触线增加,使得尖角处铣削力增大.因此,采用了双圆弧过渡来处理型腔中的尖角,该方法能保证以尽可能大的行距走刀,缩短了加工时问,提高了加工效率,同时还可以清除尖角处的残余留量.尖角处刀具轨迹进行合理优化后,刀具沿着改进的轨迹快速运行,满足了高速铣削型腔的加工要求.最后,实验验证了该方法的有效性.     

切割法测取螺旋弹簧的残余应力

通常用实验方法测定园柱螺旋弹簧残余应力。本文提出了切割法对比测试技术，为确定高应力、高疲劳强度的弹簧制造工艺提供了依据。     

爆炸消除铸造锡青铜焊接残余应力的实验研究

本文研究爆炸消除铸造锡青铜的焊接残余应力的方法。过去爆炸消除焊接残余应力的研究成果,多是研究钢件或钢结构,使用雷管和普通炸药。本文给出铸造锡青铜的焊接残余应力分布。爆炸处理时,爆炸用药由硝酸银和乙炔气制成,可在现场配制,引爆不用雷管,采用光引爆。如此,减少火工品运输困难。实验结果表明,焊接残余应力可达σ=150MPa。爆炸处理后,残余应力σ<30MPa。该方法对大型结构使用方便、经济,消除残余应力效果好。     

电磁辅助激光熔化沉积的残余应力

针对激光熔化沉积内部残余应力较大的问题,对其产生的机理作了分析。基于电磁场的应用原理,提出电磁辅助激光熔化沉积以降低其残余应力的方法。利用ANSYS参数化编程语言APDL模拟了电磁辅助激光熔化沉积的过程,分析了成形件残余应力的变化规律,结果表明同步加载轴向电磁力能较好地消减成形件内部残余应力。采用X射线衍射结合电解腐蚀的方法进行深度方向的残余应力测量试验,试验结果验证了电磁辅助的有效性。