典型框类零件的喷丸强化工艺优化

为解决长期以来框类零件喷丸强化要求高、加工方法困难的问题,针对典型框类零件制定了新的喷丸强化加工方法。通过分析零件数模,将零件数模各部分外表面按类型进行编号并量化,不同类型的表面按照不同的角度、喷打次数进行喷丸;之后设计喷嘴进给路径,并结合局部表面保护,对设备、夹具和辅助工具和工艺辅料进行选择,结合加工程序,设计零件保护方案。通过工艺优化,零件全部表面均能满足在适合的角度下进行喷丸,表面覆盖率100%满足图纸要求,同时大幅度提高生产效率,为后续该类零件甚至类似零件的生产加工提供了可行且有效的参照。     

发动机叶片喷丸强化工艺及设备的研究

为了提高发动机叶片的使用寿命,延迟裂纹的萌生,通常对其采用喷丸强化处理。本文概括了发动机叶片喷丸强化研究的意义和必要性,介绍了叶片喷丸强化的工艺参数,重点阐述了发动机叶片喷丸强化设备的研究,并对发动机叶片喷丸设备的应用做了总结。     

含微桁架填充的航空框梁结构拓扑优化设计

微桁架材料具有承载能力强、轻量化程度高、可设计空间大等特点,是航空结构设计应用中极具潜力的一类新型材料.在典型结构件中填充微桁架材料是实现轻量化的重要途径,而强大的拓扑优化技术提供轻量化设计思路.以典型航空框梁结构为研究对象,提出含微桁架填充的结构拓扑优化设计方法.首先对原有设计方案进行性能评估,获得进一步拓扑优化的性...     

弓形卡螺栓的制造工艺与结构改进

以矿用大型采煤输送机弓形卡螺栓零件的国产化制造为研究对象,分析了锻造与机加是影响弓形卡螺栓制造成本的关键要素,改进了弓形卡螺栓零件的结构设计,降低了弓形卡螺栓的制造成本,达到了弓形卡螺栓制造使用性能、工艺性能和经济性的有机统一。     

基于简化模型采用有限元方法计算特大型梁结构的焊接变形

就大型梁结构焊接变形的问题，提出基于简化模型的有限元计算方法。可以快速、准确地计算出梁结构在焊接过程中的变形，有利于控制梁结构的上拱值。     

GH4169合金喷丸强化层组织结构研究

采用X射线衍射方法、透射电子显微术和背散射电子衍射(EBSD)技术研究了GH4169合金喷丸强化后表面层组织结构的变化规律.结果表明,喷丸强化后,在GH4169合金试样表面形成约1.2 mm厚的弹塑性变形层;表面粗糙度Ra为1.4274 μm;晶粒内部的变形是位错和孪晶共同作用的结果.     

喷丸工艺对TC4钛合金梯度纳米晶结构的作用规律

目的通过改变喷丸的压力或时间,在钛合金表面制备出剧烈塑性变形(SPD)层较厚、硬度较高的梯度纳米晶结构。方法改变喷丸压力(0.3~0.6 MPa)或喷丸时间(15~60 min),调控TC4钛合金表面梯度纳米晶结构的变形层厚度和纳米晶晶粒尺寸。利用金相显微镜观察塑性变形层截面的组织形貌,通过X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)确定喷丸表面纳米晶的晶粒尺寸,通过显微硬度计对塑性变形层的截面硬度进行研究。结果一定喷丸压力(0.6MPa)下,SPD层和总变形层厚度分别在喷丸25、30 min时达到饱和值78μm和143μm。一定喷丸时间(25 min)下,SPD层和总变形层的厚度随喷丸压力的增加而增厚,在0.4 MPa时达到饱和,分别为78μm和120μm。当SPD层厚度进入饱和阶段后,表层晶粒大小和硬度强化程度都趋于稳定;在0.6 MPa下,当表面α相细化至稳定阶段时,晶粒尺寸为30~90 nm,表面硬度提高约30%。结论喷丸SPD层及总变形层的厚度随喷丸时间的延长或喷丸压力的增大而增厚,当SPD层厚度趋于饱和后,表面晶粒尺寸和硬度强化程度都已饱和。     

喷丸强化对TC4钛合金组织结构的影响

对TC4钛合金试样进行喷丸强化,采用OM、SEM、TEM等技术对喷丸强化试样的组织结构进行观察分析。结合显微硬度沿表层的分布,分析喷丸强化变形层的组织结构特征和加工硬化机制。结果表明,喷丸强化后位错的运动和组态的变化使TC4钛合金表层的组织和亚结构细化,而且可以在表层强变形区形成孪晶,从而产生强烈的加工硬化效应。     

铝合金喷丸工艺参数-表面特征值的函数关系与应用

目的 探究喷丸强化工艺后铝合金材料表面性能的变化规律,得到材料表层应力和变形与喷丸工艺参数间的对应关系。方法 采用Box-Benhnken实验设计法（BBD）,以喷丸压力、丸粒大小、喷射距离三因素为自变量,以表面残余应力与弹坑变形量为响应,设计了3因素3水平喷丸实验方案,并运用有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA建立多弹丸撞击铝合金靶材的有限元模型,依据实验方案获得表面应力值与弹坑处变形量。然后,使用Design-Expert软件对数值进行拟合,得到多元回归二次方程,运用响应面分析法（RSM）进行分析,讨论各因素之间的交互作用,同时,根据回归方程的方差分析结果,确定模型的拟合程度。最后,以7075-T651铝合金为靶材,进行喷丸验证实验,结合XRD应力测试与弹坑剖面光学显微观察,得到应力值和变形量,以检验模型的准确性。结果 应力函数模型和变形函数模型的校正决定系数Adjusted R2分别为90.13%、91.68%,应力计算值和实验值结果偏差小于5.5%;剖面晶粒变形显示靶材变形层与计算值吻合较好,表明函数模型具有较高的准确性。结论 该函数模型能够快速准确地由材料表面应力或变形推导出喷丸工艺参数配置,这为喷丸表面应力和硬度强化提供多样性参考。     

金属零件表面改性的喷丸强化技术

传统的机械喷丸工艺在工业界已经得到广泛的应用。随着激光技术的发展,出现了一种新的加工工艺——激光喷丸。它们都能改善金属零件表面的机械性能,尤其是在表面产生压缩应力,使零件的抗应力腐蚀等能力大为提高,从而延长零件的疲劳寿命。由于激光喷丸具有形成的残余压应力比机械喷丸深等优势,因而强化效果更佳。     

前混合水射流喷丸残余应力的数值模拟

金属材料的疲劳破坏已经成为制约金属零件使用寿命的主要因素,用水射流喷丸来改变金属材料表面的残余应力以提高金属零部件的疲劳寿命已成为最有效的方法。本文根据有限元理论,运用动力显式算法建立有限元模型,将喷丸过程简化为弹丸撞击靶体的模型,利用ANSYS／LS—DY—NA软件进行了数值模拟。结果表明：研究靶体的残余应力分布情况能得出最大残余压应力的值及位置,能得出残余应力场的分布和残余应力场深度;研究靶体的应变能够得出靶体表面的变形和表面Y应变的分布。     

钛合金薄壁叶片喷丸变形的研究

目的 研究喷丸工艺对钛合金薄壁叶片变形的影响,找到解决喷丸变形的方法 .方法 对钛合金薄壁叶片进行喷丸强化,采用三坐标测定喷丸前后叶片的尺寸变化情况.结果 在喷丸强度和覆盖率一致的前提下,采用不同的路径对叶片进行喷丸后,叶片的变形趋势和变形量没有很大差异.叶片进行喷丸后,采用相同的喷丸强度对叶片进行二次喷丸,叶片几乎不发生变形,需要采用更高的喷丸强度进行二次喷丸才可以使叶片发生变形.在喷丸之前对叶片进行真空去应力,虽然叶片表面的残余应力有相应减少,但与不进行真空去应力的叶片相比,喷丸变形情况没有发生太大的改变.结论 可采用喷丸前预变形和喷丸校正的方法 解决喷丸变形的问题,使得叶片喷丸后的尺寸达到图纸的要求.     

激光喷丸与机械喷丸复合强化对2124-T851铝合金疲劳寿命的影响

目的 研究激光喷丸(LSP)、机械喷丸(SP)及其复合强化(LSP+SP)对2124-T851铝合金四点弯曲疲劳寿命的影响.方法 激光喷丸强化的脉冲激光能量为6 J,脉冲宽度为20 ns,光斑直径为2 mm,半圆搭接.喷丸强化采用直径为0.3 mm的陶瓷弹丸,喷丸压力为0.2 MPa,喷丸覆盖率大于100％.采用X射线...     

工业纯钛喷丸强化研究

采用TEM结合SEM和XRD对工业纯钛喷丸强化后显微组织结构、断口形貌、残余应力进行分析,研究了影响疲劳性能的3个因素即：组织、应力、粗糙度。结果表现：孪生是六方合金的塑性变形主要形式,喷丸强化表层形变组织由孪晶和变形带构成,表层孪晶间强烈交互作用,可造成显微损伤;表层残余应力在疲劳后发生明显松驰,有益贡献也相应的降低;表面粗糙度提高,具有负的影响。     

基于正交实验和数据驱动的喷丸表面完整性参数预测

目的 探究喷丸工艺参数对18CrNiMo7-6滚子表面完整性的影响规律,得到喷丸工艺参数与表面完整性的映射关系,提高喷丸工艺的质量与效率.方法 运用Python语言对Abaqus进行二次开发,建立喷丸仿真的随机多弹丸模型并进行了试验验证.设计正交实验研究喷射角度、喷射速度、弹丸直径、覆盖率及弹丸类型对残余应力与表面粗糙...     

高能喷丸过程中的物质转移现象

采用高能喷丸技术在铝合金表面制备出纳米晶结构层，利用金相显微镜（OM），扫描电子显微镜（SEM／EDS），透射电子显微镜（TEM）及X射线衍射仪（XRD）等设备对高能喷丸铝合金表面层的显微结构及成分进行分析。结果表明：在高能喷丸表面纳米化过程中，弹丸中的Fe，cr原子在强制机械力的作用下转移进入铝合金表面，在材料表层约30μm的深度范围内形成分布不均匀的合金化层。这可能是纳米晶体中大量界面的形成使合金元素原子能够快速扩散和偏聚的结果。     

喷丸数值模拟中一种高效方法

目的 从减小分析步时间的角度出发,调整弹丸随机分布间距,研究提高模拟计算效率的方法。方法 以SAE1070弹簧钢为研究对象,在S230弹丸速度为40 m/s条件下,分析弹丸间垂直间距、水平间距和弹丸冲击方式对模拟结果的影响。结果 在不考虑弹丸间相互作用的前提下,有限元模拟中弹丸间可存在重叠,只要弹丸垂直间距大于0.07 mm,水平间距大于0.4 mm,弹丸随机生成模拟得到的诱导应力分布、塑性应变分布、粗糙度的结果在小偏差范围内收敛,与弹丸间无重叠的模拟结果相近。在满足弹丸间距阈值的前提下,采用同时冲击和顺序冲击方式得到的诱导应力分布在压应力部分区域存在一定偏差,但应力分布曲线整体较为接近,同时冲击的计算时间缩短了约90%。在此基础上,确定合适的弹丸分布,在不同弹丸直径、速度下进行阿尔门试片喷丸模拟,通过对比阿尔门强度值论证了模拟方法的有效性。结论 这种按层分布同时冲击,并在满足间距阈值的前提下尽可能减小间距的弹丸设置方法,保证了模拟精度,提高了计算效率,为数值模拟的应用提供了优化计算成本的新思路。     

喷丸强化AZ91 D镁合金残余应力场的数值模拟及实验研究

目的研究喷丸工艺对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响。方法基于有限元平台建立喷丸强化AZ91D镁合金的有限元模型,从残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度等方面探讨弹丸速度、弹丸直径和弹丸入射角对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响,并通过喷丸强化AZ91D镁合金的实验与有限元模拟结果进行对比。结果增大弹丸速度对残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值提高效果明显,但对残余压应力峰值的深度影响不大;增加弹丸直径,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度均有明显提高;增大入射角,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值有明显提高,但是残余压应力峰值的深度基本不变。有限元模拟结果中,残余压应力层的厚度比实验值小7%,残余压应力的峰值比实验值大5%,残余压应力峰值的深度比实验值小11%。结论残余应力的实验结果与有限元模拟结果具有较好的一致性,模型合理。     

基于正态分布的喷丸表面覆盖均匀程度与强化效率研究

目的提高喷丸表面覆盖率分布的均匀程度和强化效率。方法采用图像处理技术分析了单道次喷丸表面覆盖率在喷丸宽度方向上的分布特征,采用正态分布函数对多道次喷丸表面覆盖率分布的均匀程度以及喷丸强化效率进行了研究。结果单道次喷丸中,表面覆盖率在喷丸宽度方向上的分布近似呈正态分布。多道次喷丸中,相邻喷丸道次间距对表面覆盖率影响较大,道次间距越小,表面覆盖率越均匀,两者近似呈线性变化关系。当表面覆盖率均匀程度变化范围在0.91~0.99时,道次间距越小,喷丸强化效率越高。而且,喷丸强化效率受构件长度方向尺寸的影响,尺寸越小,不同喷丸道次间距对应的喷丸强化效率越接近。结论合理选择相邻喷丸道次间距,可在保证喷丸强化效率的基础上有效地提高表面覆盖均匀程度。