高速硬态切削工件表层显微硬度与白层研究

高速和硬态切削使得工件已加工表面及其表层中出现特有的现象.研究结果表明,切削速度和材料硬度是决定高速和硬态切削工件已加工表面及其表层结构形成的主要影响因素,切削热使被切削材料产生高温软化,刀具挤压摩擦使被切削材料变形加剧,工件表层材料显微硬度分布发生改变,出现了硬脆的白层组织,白层组织的出现将对零件的使用将造成不利影响.随着切削用量和材料硬度增大,切削变形增大,切削温度升高,白层厚度增大,工件表层材料显微硬度提高.抑制白层组织产生的措施是对工件降温.     

干硬切削表面白层厚度的建模与预测

干硬切削加工过程中产生的表面白层对零件的使用性能和使用寿命有很大影响,对白层厚度进行准确的定量预测具有重要的理论意义与应用价值。基于材料的化学热力学基本理论,对切削过程中合金元素、应力、应变等因素耦合影响下的奥氏体相变温度进行了理论推导,根据计算出的相变温度和有限元的模拟结果,建立了基于相变形成相理的白层厚度预测模型。GCr15淬硬钢试验结果与预测结果对比分析表明,本模型适用于热力耦合占主导地位的切削过程,该模型能够在考虑了热-力耦合因素的情况下更为准确地预测出干硬切削表面相变白层的厚度。     

H13钢硬态铣削表面变质层研究

硬态切削中表面变质层对工件的物理力学性能和服役性能有重要影响。针对表面变质层厚度与晶粒细化程度问题,进行了H13钢硬态铣削正交试验,分析了变质层厚度与加工表面层微观组织演变的关系;建立了表面变质层厚度S关于切削速度v、径向切削深度a_e、每齿进给量f_z的预测模型。结果表明:变质层厚度越大,加工表面晶粒细化程度越高;白层的产生会弱化晶粒细化程度;回归模型可以较为准确地预测加工表面变质层厚度。     

硬态干式切削机理及技术研究综述

介绍了硬态干式切削加工刀具材料的特性，工件材料的特点，淬硬钢切削时切屑形态及其形成机理，表面完整性如白层，残余应力分布和表面粗糙度等与切削参数的关系，讨论了最小量切削润滑液使用的概念和要求，综合国内外的研究进展论述了硬态切削机理和相关技术，有益于加速我国硬态切削的实施。     

精密硬态切削表面白层组织形态的研究

对后刀面磨损量为0．1mm时的精密硬态切削GCr15轴承钢表面白层微观组织形态及其硬度特性进行了研究，硬态切削表面由白层、过渡层和基体材料三部分组成。白层组织中存在马氏体、奥氏体和碳化物等组织形态，白层硬度较基体高而过渡层硬度较基体低，高硬度白层是由于超细颗粒和大位错密度导致的。后刀面磨损量为0．1mm时白层厚度可达到10～15μm，因此有必要控制合理的后刀面磨损量来保证后续超精加工工序。精密硬态切削表面白层的形成是剧烈塑性变形导致的。     

高速硬切削加工表面白层形成机理研究

白层是高速硬切削的特有现象,对加工表面完整性和零件的服役性能有着重要影响。针对高速硬切削加工表面白层问题,进行了对GCrl5淬硬轴承钢高速硬切削试验和表面白层测试,研究了不同切削条件下的白层形成机理,分析了切削速度和刀具磨损状态对白层特征的影响规律。分析结果表明,白层厚度随切削速度和后刀面磨损的增大而增大,而其分布的均匀性和连续性也将变差;切削速度和后刀面磨损的增加引起切削温度升高,导致加工表面快速淬火效应,使得白层厚度增大,其中切削速度的影响较为显著;在切削速度较低(100 m/min左右)时白层的形成机理主要为塑性变形,切削速度超过300 m/min则主要是马氏体相变所致,而在中间切削速度(200 m/min左右)时为2种机理的混合作用结果。     

硬态车削表面白层厚度的影响因素分析

通过用PCBN刀具切削GCr15试件的切削试验 ,分析了硬态车削时被加工表面白层的产生条件 ,应用正交试验法研究了切削速度、进给量、切削深度等切削参数对白层厚度的影响规律 ,并讨论了白层及黑层的形成机制。     

铣削GCr15三维热力耦合加工模型仿真

以轴承钢GCr15为对象,基于ABAQUS有限元分析软件建立了铣削加工的三维热力耦合模型。模型采用D20圆角立铣刀,仿真研究了铣削加工中铣削速度和刀具每齿进给量对铣削力的影响。并以热—力共同作用下的材料相变温度作为依据,阐释了加工中工件表面形成白层的过程,分析了加工参数对白层厚度的影响。对于研究铣削加工过程以及优化加工参数有重要意义。结果表明:随着铣削速度与每齿进给量的增大,铣削力呈上升趋势,工件表面白层厚度逐渐增加,但增加的速率随着铣削速度与每齿进给量的增大而逐渐降低。     

磨削白层特性及其与声发射信号的相关性

磨削白层严重影响零件的服役性能和寿命。为了研究磨削白层的物理本质,揭示磨削白层特性与声发射信号频谱幅值的相互关联,开展了淬硬GCr15轴承钢磨削实验,观测了磨削白层特性,揭示了磨削机械挤压和磨削热的耦合作用下声发射信号频谱规律。研究表明,白层组织更加致密,耐腐蚀性更强,显微硬度高于暗层与基体组织;磨削白层受到磨削温度与塑性形变的协同影响,当磨削温度低于工件材料名义相变温度时,在剧烈的塑性变形诱导下,磨削表面也会出现白层,当磨削温度超过名义相变温度时,白层厚度会突增;磨削时声发射信号受机械挤压应力和热应力效应协同影响,低频段幅值主要取决于机械挤压应力,高频段幅值主要受热应力效应影响,当磨削温度超过名义相变温度时,工件材料分/原子内能显著增大,进而产生无序高频振动,从而高频段幅值急剧增大。揭示了声发射信号高频段幅值与白层厚度之间关联关系,磨削过程中根据高频段幅值是否出现突变,可以判断磨削表面和亚表面是否出现相变及产生厚的白层。为白层厚度可控的磨削提供了在线监测方法。     

已加工表面变质层的发展研究

表面变质层作为工件的最表层,对工件的物理及使用性能有极大的影响,因此,研究已加工表面变质层对改善工件加工性,提高其使用性能有重要意义。基于国内外学者的研究成果,总结了不同加工方式下已加工表面变质层的微观组织、形成机理、加工参数对变质层的影响规律以及变质层厚度的建模与预测等方面的研究进展,指出了存在的问题,展望了该研究领域未来需要深入探索的研究课题。揭示表面变质层的微观组织、形成机理和正确预测已加工表面变质层厚度,对改善工件表面质量和切削加工性、指导摩擦学设计都具有重要意义。     

粗糙金属表面接触性能研究

计算粗糙金属表面接触性能时，通常忽略凸体之间的相互影响和应力场、特别是热应力场的影响，这给高副接触性能的计算带来误差。本文在考虑微凸体之间相互影响的基础上，计算了线接触金属摩擦副接触表层中的压力场、温度场及应力场（包括等温应力和热应力场）。结果表明：表面粗糙度对压力分布、温度分布及应力分布均有重要影响；热应力使最大总Ｍｉｓｅｓ应力移向表面，且随βｔ值的增大，总Ｍｉｓｅｓ应力迅速上升。这对研究胶合失效机理和边界膜成膜机理具有重要意义。     

电子测量中的屏蔽技术

本文根据屏蔽性质，简单介绍了电场屏蔽，磁场屏蔽和电磁场屏蔽的原理．详细介绍了实际工作中如何对电测仪器进行保护。     

液力变矩器泵轮承压面的流场建模与仿真

以纳维—斯托克斯方程为基础,利用粘性液体在叶片承压面处的速度场的已知条件,可以求解液力变矩器叶片承压面处的速度场、压力场、旋度场、应力场。这样就可以得到流场的解析解,即精确解,避免传统处理上的一些缺陷。     

三维活塞环的有限元模拟分析

以某型号汽油机活塞环第一道气环为研究对象,利用Pro/E建立活塞环的三维几何模型,再导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中,对模型在最大气体爆发压力时的温度场、应力场和耦合场进行有限元分析。为改进活塞环的结构设计和提高其工作可靠性提供了理论依据。     

一种能有效处理平面向量场测量数据的数值技术

用一种新的数值方法再现微分平面向量场离散测量数据。该方法结合光顺技术与有限元概念,同时处理二维测量向量的分量,在测量区域内再现其光顺的向量函数及连续的导数。因对测点分布及边界条件无特殊要求,此方法可用于平面电磁场、温度场及其经物理量场的研究中。数值试验证明了其计算精度与数值稳定性。     

混流式水轮机转轮简化模型焊接过程的数值模拟

在确定混流式水轮机转轮简化模型、解决分段焊焊接热源加载的问题及解决各独立实体间接触边界节点不重合的热传导问题的基础上,对转轮模型焊接过程的温度场与应力场进行了数值模拟。得到了焊接过程中各起弧点的热循环曲线、纵向应力的演变规律与焊后应力场的分布情况。结果表明:焊后应力的峰值出现在叶片与上冠或叶片与下环接触面附近的叶片上。这个结果可以较好地解释水轮机转轮叶片疲劳裂纹的产生和扩展的失效行为。     

一种小型三维电场传感器

电场传感器广泛用于电场强度的探测。目前一般探测电场强度一维或二维方向分量，所检测数据尚无法精确地反映电场强度的实际大小。本文介绍一种小型三维电场传感器，由1路轴向和2路径向电场测量单元、驱动单元、电路单元以及保温单元组成，可用于探测空中电场强度的三维方向矢量。高空低温模拟试验中，在-70℃的环境温度下，传感器内部温度一直保持0℃以上，能充分保证传感器内部电路板的正常工作。在实际标定与测试中，该传感器表现出输出信号与电场强度的预期理论关系，证明厂三维电场传感器结构设计和检测方法的合理性。     

高速小钻头温度与热应力场特性研究

基于传热学和金属切削理论,建立了某型高速钻头温度场模型.利用有限元法,模拟该钻头在典型工况的温度场分布及变化规律,研究了切削速度等参数对温度场的影响,得到了钻头在温度载荷下的应力和变形,计算结果表明,高速钻削最高温度出现在钻头尖部,沿轴向逐渐降低,对于小直径钻头心部与表面温差不显著;最高温度随着转速升高而升高,达到一定值后上升趋势逐渐变缓进而下降;刀具热变形较小,但热变形量可能会影响加工精度,应调整刀具材料或加强冷却;切削温度基本不影响其强度.     

轴向交变磁场对电场活化烧结工艺温度场影响的数值模拟

提出了在电场活化烧结过程中施加轴向交变磁场与脉冲电场耦合改善烧结体径向温度场以减小其温度差的方法,并对不同大小磁场的作用进行了数值模拟.结果表明:施加轴向交变磁场可使横截面上的最大温度差减少3/4.其原因是交变磁场的感应电流具有集肤效应,可以使试样外部得到更多的热量.试验结果证明了模拟的准确性.     

口模压缩段对塑料挤出流动影响的有限元分析

在塑料挤出成形过程中，压缩段是调节模头流道各部分流量(流速)的主要区段，对熔体的流动具有重要影响。本文采用有限元数值分析方法，计算了熔体在口模内流动的速度场和压力场，定量分析了压缩比和压缩角等压缩段模具结构参数对挤出速度分布、挤出流量和挤出流动均匀性等的影响规律，为优化流道结构参数，提高挤出流动均匀性的研究提供了基础。