喷丸强化与残余应力

喷丸能显著提高零件的疲劳寿命,这已被大量生产实践和研究所证实。喷丸技术目前在国内外已得到广泛应用。早在1940年,喷丸强化已用于提高汽车发动机阀门弹簧的疲劳寿命。例如自由长度为1(7/8)in(47.63mm)和外径为1(7/(32))in(30.96mm)的弹簧,用0.162in(4.1mm)直径的阀门弹簧钢丝(成份:C 0.65%;Mn 0.58%)绕成,绕好后将弹簧加热到750℉(399℃)。疲劳试验表明,未喷丸弹簧在10~7次循环时不破坏的最大弹簧应力是20000～95000psi(14～66.8kgf/mm~2),而经过喷丸的试样,则能承受135000psi(94.5kgf/mm~2)应力,经10~7次循环不破坏,这说明持久极限平均增加40%以上。以喷丸提高受疲劳载荷的轴类零件的疲劳寿命,也有显著效果。例如有一电机软轴(材料:50CrVA),     

基于FEM-DEM的齿轮钢随机喷丸模型及残余应力仿真研究

以20CrMnTi材料制造的齿轮钢为受喷目标,基于对Abaqus有限元软件,应用P3D3离散单元的DEM模型模拟弹丸喷射,建立了随机喷丸的"FEM-DEM"模型.研究了不同沙漏刚度对模型结果的影响,获得了有效控制沙漏模式的沙漏刚度.建立了基于"FEM-DEM"喷丸模型求解的覆盖率表征模型,得出了满足100％覆盖率时所需...     

喷丸试件表面粗糙度与残余应力相关性分析

为通过喷丸处理提高材料抗疲劳性能,开展了喷丸试件表面粗糙度与残余应力测量试验,并建立数值模型进行仿真分析,确定了粗糙度与残余应力的相关性.对照试验结果完成模型验证发现,粗糙度与残余应力线性相关.通过增加弹丸直径、喷丸速度及试件覆盖率,能够在提高残余应力的同时减小粗糙度,取得了较好的喷丸加工效果.     

高压水射流喷丸降低焊接残余应力有限元分析

焊接不可避免产生残余应力,对结构完整性造成很大影响。提出利用高压水射流喷丸技术降低焊接残余应力,并利用有限元法进行计算模拟。分别开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序及模拟高压水射流喷丸的移动压力载荷子程序,得到了经高压水射流喷丸处理前后焊接残余应力分布的变化规律。计算结果表明,经高压水射流喷丸处理后,焊缝和热影响区存在的焊态残余应力得到降低,在焊缝区已经产生压缩应力。证明高压水射流喷丸具有降低焊接残余应力的效果。     

超声喷丸强化产生残余应力的有限元分析

将超声喷丸过程简化为单个丸粒撞击试件的模型,应用ANASYS/LS-DYNA软件对过程进行有限元仿真.分析了残余应力产生过程,并改变丸粒的直径和材料,对比不同丸粒直径及材料下的残余应力分布,得出的结论是:丸粒直径增大可以使残余应力层深度和最大残余压应力值增加,丸粒密度增大也可以实现最大残余压应力值增加.     

柴油机曲轴中频淬火加喷丸处理残余应力分析

曲轴是柴油机中最重要的运动部件，它不仅影响着柴油机的整机质量，而且在很大程度上影响着柴油机的可靠性和使用寿命。曲轴一旦出现问题将给用户和工厂造成极大的损失。曲轴在周期变化的气体压力、往复和旋转运动引起的惯性力以及它们的扭、弯矩共同作用下工作，弯曲失效是其主要的破坏形式。因此曲轴的表面强化已成为提高柴油机性能的有效手段。     

2024铝合金喷丸残余应力松弛规律研究

喷丸残余压应力能有效提高材料的抗疲劳性能,但服役过程中残余压应力不稳定,会出现松弛。为深入研究喷丸残余压应力的松弛规律,对喷丸2024铝合金标准拉伸试样在两种拉伸载荷强度下进行疲劳试验研究,采用基于cosα法的μ-X360n型X射线衍射仪分析了残余应力在疲劳过程中的变化规律。结果表明：在载荷10 kN时,残余压应力出现了常规松弛,即在首次循环加载后残余压应力大幅度下降,在剩余的疲劳加载过程中,残余压应力基本保持不变或缓慢下降,且引入的残余应力分布始终同初始分布保持一致;在载荷15 kN时,残余压应力出现了反向松弛,即在首次循环加载后残余压应力变为残余拉应力,残余应力分布由初始的“√”型分布变为了近似于一条直线分布,由内向外逐渐减小。为描述喷丸残余压应力的松弛行为及过程,在已有试验模型基础上,提出了考虑喷丸表面状态的残余应力松弛模型。     

渗碳淬火工艺齿轮内部残余应力状态有限元仿真研究

当齿轮渗碳淬火处理后,在轮齿表面和距离齿面一定距离的内部会形成残余应力。本文采用有限元方法对齿轮渗碳淬火过程进行了模拟仿真,展现了淬火试件的温度场的变化和残余应力场的最后形成。研究成果反映了齿轮淬火后在其表面形成了较稳定的残余压应力层,仿真结果与实际淬火热处理定性趋势上基本吻合。为齿轮设计阶段考虑残余应力的作用提供了技术参考和基础保障。     

齿轮动态啮合过程应力仿真与分析

以渐开线圆柱齿轮副为研究对象,基于弹性动力学建立了齿轮副动态分析有限元模型并对齿轮副啮合过程进行了模拟。计算了齿侧主应力、齿面接触应力以及弯曲应力沿齿宽方向的分布,得到了齿轮啮合过程中各临界位置的齿根动态弯曲应力时域历程,就单双齿啮合变化对齿根动应力的影响作出了讨论。分析了负载及转速对齿轮的啮合状态、齿根动态弯曲应力的变化和动应力的影响,为齿轮传动系统的设计提供了理论依据。     

无铅BGA回流焊残余应力仿真分析

以热弹塑性理论为基础,建立无铅BGA焊点在回流焊工艺中的残余应力有限元模型,采用ANSYS进行热结构耦合分析,得到Sn3.5Ag0.75焊点回流冷却结晶后的残余应力分布规律。并针对焊点的直径、焊点的高度、PCB板的厚度和对流系数四个因素建立正交试验表,分析这四个因素对BGA冷却过程中残余应力影响规律,通过极差分析得出影响程度由大到小分别为对流系数、焊点高度、焊点直径、PCB板厚度,对控制BGA回流冷却残余应力提供理论指导。     

某机床床身残余应力仿真分析研究

以某加工中心床身铸件为研究对象,提出一种基于残余应力影响的定位精度分析方法。首先对某加工中心床身进行铸造残余应力仿真分析,得到了床身残余应力云图;随后以铸造残余应力场为初始载荷,采用生死单元法模拟去除材料过程对导轨安装面变形进行了预测。结果表明,随着材料的逐层去除,导轨安装面变形挠度值变化不大,其最大变形量约为5μm,并呈上凸状。可知,床身毛坯初始铸造残余应力分布规律对床身导轨安装面加工变形具有重要影响。     

铣削内螺纹表面的残余应力仿真分析

螺纹连接应用广泛于各个领域,其表面残余应力严重影响工件表面质量和工件使用寿命,因此对铣削内螺纹加工表面的残余应力研究尤为重要。为研究不同铣削参数对45钢在铣削内螺纹过程中螺纹表面残余应力的影响,利用有限元分析软件建立3D铣削内螺纹的仿真模型,研究铣削过程中内螺纹表面残余应力与切削参数之间的变化规律。采用单因素控制变量法,在保证其它两个切削参数不变的情况下,分析当前切削参数对残余应力的影响。研究结果表明,铣削内螺纹时,应在合理范围内选取较小的切削速度、进给量和切削深度,以降低被加工材料表面残余应力,减小表层金属塑性变形范围,延长工件使用寿命。     

2024-T351铝合金喷丸残余应力松弛模型研究

喷丸引入的残余压应力场可以有效地提高构件的疲劳性能,但残余压应力会随着循环周期而发生松弛,进而降低残余压应力对疲劳性能的增益效果,因此深入研究残余应力松弛规律,有助于更加准确的掌握其对疲劳性能的影响.为了系统性地研究残余应力松弛规律,以2024-T351铝合金标准试件为研究对象,综合考虑应力幅、载荷条件和喷丸引起冷作硬化程度的改变对残余应力的影响,根据理论构建残余应力松弛模型.通过拉伸疲劳试验,基于全寿命试验数据和阶段性试验数据对松弛模型进行验证,证明了模型的有效性.     

硬齿面齿轮齿根工作应力与残余应力的研究

为了减轻机械的重量尺寸、提高强度,获得良好的经济效果,在机械传动中目前大都趋于采用经磨削加工的精度较高的硬齿面齿轮。这是因为“硬”齿面齿轮与“软”齿面齿轮相比,在重量、体积、强度、寿命、传动质量及成本等方面都显示出很大的优越性。从有关资料可见,在传递功率及工作条件相同的情况下,材料为20MnCr一类的渗碳淬硬齿轮与我国目前机械产品中常用的45钢调质齿轮相比,其中心距仅为后者的47%,重量仅为18.6%,虽然磨齿成本较高,但由于可节约80%以上的钢,这就使其综合成本大大降低,并获得良好的传动质量。另外,从上述资料关于安全系数的对比中还可看出:与45钢调质齿轮相比,渗碳淬硬齿轮的齿面接触强度相对提高了(安全系数S_H由1.3上升为1.6)而弯曲强度相对降低了     

裂纹柔度法测喷丸残余应力的研究

本文利用裂纹柔度法检测喷丸45钢板的残余应力大小及分布,并将其检测结果与X射线法测得的结果进行比较。试验发现,二者具有相近的分布趋势,硬化层深分别为900μm和820μm,最大残余压应力分别在近表层300μm处约471.4MPa和在近表层120μm处约446.4MPa,即裂纹柔度法可用于喷丸板类构件内部残余应力的测定,且结果准确可靠。     

喷丸工艺对17CrNi2Mo钢喷丸层残余应力分布及残余奥氏体含量的影响

采用不同的喷丸工艺对渗碳淬火17CrNi2Mo钢进行表面强化处理,研究了喷丸工艺对喷丸层残余应力分布及残余奥氏体含量的影响。结果表明:喷丸能在17CrNi2Mo钢表层产生残余压应力,且残余压应力随层深增加而先增加后减小;增大喷丸强度,喷丸层的表面残余压应力、最大残余压应力及其影响层深均增大;增加喷丸次数可增大表面残余压应力和最大残余压应力;喷丸能降低喷丸层的残余奥氏体含量,喷丸强度或喷丸次数越大,残余奥氏体含量越低;残余奥氏体含量随层深增大而增加。     

铝杆连铸结晶轮滚压残余应力数值仿真与工艺参数优化

表面滚压技术可有效提高金属零件的疲劳强度,借助于有限元数值仿真可以分析、优化滚压工艺基本参数。以电工铝杆连铸结晶轮为研究对象,设计了滚压方案,建立了连续多圈滚压的数值仿真模型,获得了合理的滚压变形与残余应力结果,并分析了滚压参数对残余应力分布规律的影响。仿真结果显示,滚压进给量太大、转速太快都容易造成表层残余应力分布的不均匀甚至产生残余拉应力;合理的滚压圈数在于稳定和保持已经获得的残余压应力,获得较高的表面质量。仿真参数为结晶轮的滚压工艺制订/优化提供重要的指导/参考价值,数值仿真的优化参数经过生产实践验证,达到了显著提高抗疲劳强度和使用寿命的效果。     

喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响研究

为研究喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响,采用Abaqus用户子程序引入典型喷丸残余应力,使用温度场等效法将喷丸残余应力转化为温度场边界条件。计算了不同残余应力峰值和残余压力层深度下加筋壁板结构局部屈曲和后屈曲特性。结果表明,喷丸影响系数与残余应力峰值和压应力层范围相关。给出了一种喷丸影响系数的简单确定方法,并对工程算法进行了修正。最后通过喷丸模拟获取了一组喷丸型材的残余应力分布,通过喷丸和未喷丸型材压缩试验结果对比,验证了工程修正方法的准确性。