纵扭超声辅助磨削氮化硅亚表面损伤及其试验研究

目的 探究纵扭超声辅助磨削工艺参数对氮化硅陶瓷亚表面损伤的影响规律。方法 首先,建立纵扭超声振动下单颗磨粒的切削轨迹及其切削弧长模型,分析纵扭超声辅助磨削独特的加工机理。其次,考虑砂轮表面磨粒的随机分布特性,并基于硬脆材料脆塑转变特性及其临界转角界定,给出纵扭超声辅助磨削单颗磨粒未变形切屑厚度的概率学模型,进而建立纵扭超声辅助磨削过程中单颗磨粒的平均法向磨削力模型。最后,建立纵扭超声辅助磨削氮化硅亚表面损伤深度模型,并进行试验验证。结果 纵扭超声振动的引入增大了纵扭超声辅助磨削过程中单颗磨粒的切削弧长,减小了单颗磨粒平均未变形切屑厚度,降低了单颗磨粒的法向磨削力,最终降低了氮化硅陶瓷亚表面损伤的深度,获得了较好的氮化硅陶瓷表面加工质量。氮化硅亚表面损伤深度随着超声振幅的增大而降低,当超声振幅为6μm时,亚表面损伤深度为5.65μm,相较于普通磨削亚表面损伤深度降低了33.6%。理论模型预测结果与试验结果趋势一致,预测结果与试验结果的最大误差为13.38%,平均误差为8.34%,因此该模型能够为氮化硅实际加工中亚表面损伤深度的预测提供一定参考。结论 纵扭超声辅助磨削能够有效降低氮化硅陶瓷...     

纵-扭超声磨削陶瓷表面粗糙度拟合与预测模型

为探究纵-扭超声振动对陶瓷磨削表面几何形貌的影响,以ZrO2陶瓷为研究对象,通过正交对比试验,以磨削表面粗糙度值为评价指标,采用多元线性回归分析法,建立普通磨削（OG）及纵-扭超声磨削（L-TUG）材料表面粗糙度拟合模型,研究工艺参数对表面粗糙度作用的主次顺序及影响程度;同时利用BP神经网络预测模型进行L-TUG表面粗糙度的优化求解。结果表明：在L-TUG中,主轴转速对粗糙度值影响最大,超声能量影响最小;在OG中,磨削深度对粗糙度值影响最大,主轴转速影响最小。BP神经网络模型预测误差在1.070%~9.396%内,且最优磨削参数组合获得的表面质量最好,可实现对L-TUG表面粗糙度值较高精度的智能预测。     

TC4钛合金纵扭超声磨削表面残余应力及其试验研究

目的 探究纵扭超声磨削工艺参数对TC4钛合金加工表面残余应力状态的影响规律,提高TC4钛合金的抗疲劳性能.方法 通过纵扭超声磨削力模型,对磨削过程中的机械应力和热应力展开理论分析,并进一步建立纵扭超声磨削表面残余应力模型,通过MATLAB仿真获取磨削加工残余应力分布状况.基于力-热耦合作用,建立纵扭超声单颗磨粒磨削有限元模型,分析磨削参数对残余应力的影响规律,并通过TC4钛合金纵扭超声磨削试验,对模型的合理性进行验证.结果 TC4钛合金超声磨削加工表面残余应力为残余压应力,且该应力沿工件深度方向的分布曲线与"对号"相似.工件表面残余压应力起初随磨削深度增加逐渐增大,当磨削深度增加到8μm时,残余压应力达到最大值,为-488 MPa,之后随磨削深度的增加,呈现减小趋势.随磨削线速度的增大,残余压应力整体呈现减小趋势,随纵扭超声振幅的增大,整体呈现增大趋势.加工表面残余应力仿真与试验结果的平均误差为9.8％,且变化趋势具有一致性.结论 纵扭超声辅助磨削加工可有效消除加工表面的残余拉应力,并获得较为理想的残余压应力,进而显著提高TC4钛合金的抗疲劳性能.     

纵扭式超声振动车削不锈钢和钛合金研究

420马氏体不锈钢与Ti-6Al-4V钛合金是标准的难加工材料,车削时不易获得良好的切削质量,为此在C616普通车床上设计并安装了纵扭超声振动车削系统来提高其车削加工效果。介绍所设计的加工系统,利用该系统对两种难加工材料进行了有无超声振动的切削实验。结果证明：纵扭超声车削相比普通车削,能有效减少表面粗糙度,改变切削速度时表面粗糙度平均可降低约2142%,改变切削深度时表面粗糙度平均可降低约15.61%,改变进给量时表面粗糙度平均可降低约21.01%;而且可以降低刀具磨损和取得更好的表面形貌和切屑形态,进而使纵扭式超声振动车削的切削质量优于普通车削。     

纵-扭超声磨削氧化锆陶瓷磨削力仿真分析

为揭示纵-扭超声振动对磨削氧化锆陶瓷磨削力的影响,分析纵-扭超声磨削（L-TUG）运动特性,利用ABAQUS开展单颗金刚石磨粒划擦氧化锆仿真模拟,并进行单磨粒磨削氧化锆试验验证。在此基础上,分析仿真条件下普通磨削（OG）与L-TUG材料表面应力的差异性;探讨磨削表征参数对L-TUG磨削力的影响规律。结果表明：OG与L-TUG磨削力仿真结果和试验结果吻合度较高,验证了仿真模拟的可行性;与OG相比,超声振动能够有效降低材料表面磨削应力;在相同表征参数下,整体上L-TUG轴向力始终大于法向力,且对轴向力与法向力的影响程度和变化趋势呈现不同的规律性。     

GCr15钢超塑表面合金化层组织的研究

用扫描电镜，Ｘ射线衍射仪、Ｘ射线能谱仪和透射电镜研究了ＧＣｒ１５钢表面在超塑变形过程中Ｎｉ、Ｃｒ合金化形成的组织结构。结果表明，合金化白亮层由α－Ｆｅ、γ、Ｎｉ２Ｆｅ、（Ｆｅ，Ｃｒ）７Ｃ３等组成，白亮层具有很高的硬度。     

纵扭复合超声端面铣削表面微结构建模与试验研究

目的 对纵扭复合超声端面铣削加工表面微结构进行预测,以优化加工参数。方法 对纵扭复合超声端面铣削进行运动学分析,并在其基础上建立三维运动轨迹方程。对刀尖轨迹仿真,且研究该运动方式下的加工特性。通过对切削刃和工件离散化建立纵扭复合超声端面铣削表面微结构理论模型,并利用MATLAB进行三维表面仿真。对TC4钛合金进行超声振动切削试验。结果 理论仿真和切削试验结果均表明超声纵扭端面铣削时,随振幅的增加,由振动引起的表面微观结构特征愈加明显。扭纵幅值比增大时,加工表面微观结构凹坑效应弱化,At/Al=0.55时,加工表面呈条形片状微观结构。振动频率和主轴转速会影响表面微观结构单元的疏密程度。结论 加工表面微结构的生成与振动频率、振幅、扭纵复制比、切削速度等加工参数相关,铣削实验得到的加工表面变化趋势与表面理论模型吻合,该表面模型能够优化超声加工参数。     

GCr15钢的ELID磨削性能实验研究

为了探讨GCr15钢的ELID（Electrolytic In-process Dressing）磨削性能，在基于大量实验的基础上，对GCr15钢采用ELID磨削时磨削力的变化规律进行了详细分析，并将磨削力、磨削表面粗糙度与普通磨削进行了比较。结果表明，采用铸铁结合剂CBN砂轮进行ELID磨削时磨削力几乎不随时间的变化而变化，而采用白刚玉砂轮进行磨削时的磨削力随时间的变化不断增大，在线电解修整使CBN砂轮在磨削过程中始终保持良好的磨削性能，有利于节省砂轮修整时间，提高加工效率。在ELID磨削中，采用微细砂轮进行磨削可以获得很低的表面粗糙度，实现对GCr15钢的超精密镜面磨削。     

6061-T6铝合金纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究

基于纵-扭复合振动超声加工和超声深滚加工提出了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺。采用普通深滚与纵-扭复合振动超声深滚2种加工方法对供应态6061-T6铝合金轴件进行表面强化处理,研究深滚工艺参数对加工表面质量的影响。结果表明:引入纵-扭复合振动后,超声深滚工艺参数对表面质量的影响规律与普通深滚不同,且在相同的工艺参数下,超声深滚所获得的表面粗糙度Ra值要小于普通深滚,最高降低约50%,而表面显微硬度和硬化率则有大幅提高,硬化率最高约为普通深滚的3倍,经纵-扭复合振动超声深滚处理后的表面更光滑,从而证明了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺能更有效地实现6061-T6铝合金的强化处理。     

磨削加工对GCr15SiMn轴承钢表面组织性能的影响

采用扫描电镜,电子背散射衍射、X射线衍射、显微硬度计及三维表面轮廓仪等对磨削加工后的GCr15SiMn轴承钢的显微组织、硬度、残余应力及物相进行了研究。结果表明:磨削后GCr15SiMn轴承钢表面的硬度远高于基体,并且残留奥氏体发生分解,表面呈现压缩残余应力。试样表层组织存在由于塑性变形引起的几何必须位错密度(GND)增加的现象,这是轴承钢表面硬度上升的主要原因。将轴承服役过程以及磨削加工后的组织性能变化进行对比,发现有相似之处。磨削加工引起的表层变化可能是诱发裂纹在表面萌生的原因。     

基于随机碰撞的GCr15钢强化研磨表面粗糙度数值模拟

目的 探索强化研磨工艺参数对表面粗糙度的影响规律.方法 采用小球均布大球模型来模拟研磨粉附着在钢珠表面对工件的强化作用,基于Abaqus/Python建立强化研磨随机碰撞有限元模型,设置不同喷射速度、喷射角度、钢珠直径、喷射时间等工艺参数进行仿真模拟.运用Matlab提取靶材表面形貌,并基于此形貌,沿4种不同路径计算表...     

GCr15钢平面磨削力仿真分析与实验研究

目的 对不同磨削工艺参数下的平面磨削力进行预测,对磨削机理进行研究,进而控制磨削加工质量。方法 考虑CBN砂轮表面磨粒形状的多样性、姿态的多样性和空间分布的随机性,建立CBN砂轮模型,对GCr15材料模型进行有限元砂轮磨削仿真。同时使用CBN砂轮,采用不同的工件进给速度对GCr15进行单因素平面磨削实验,使用三坐标测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。结果 建立的仿真砂轮模型的表面形貌与真实砂轮接近,仿真砂轮上的磨粒出刃高度均服从正态分布,与实际砂轮一致。对比随机多面体磨粒模型和真实CBN磨粒照片,两者形貌相似。磨削力实验和仿真结果表明,工件进给速度由3 m/min增大到18 m/min时,磨削力逐渐增大,仿真所得法向磨削力最大误差远小于切向磨削力。结论 实验结果与仿真结果具有一致性,证明了砂轮磨削有限元仿真模型可用于磨削力预测。因为仿真中无法考虑实际砂轮尺寸和砂轮表面结合剂对磨削的影响,结果具有一定误差,仿真的准确性有待进一步提高。研究结果为使用有限元方法研究磨削机理和控制磨削加工质量提供了思路。     

GCr15SiMn贝氏体轴承钢超声滚压表层组织与性能

目的 研究超声滚压加工对贝氏体轴承钢的影响,并分析超声滚压工艺参数对贝氏体轴承钢试样表层组织及性能的影响规律,为提升贝氏体轴承表面性能提供理论及试验依据。方法 通过超声滚压加工前后试样对比分析,确定超声滚压处理技术对贝氏体轴承钢组织性能的提升;通过单因素试验法,研究超声滚压工艺试样组织、性能的影响规律;通过表面与截面组织相结合的方法,分析贝氏体轴承钢组织的类别特征。结果 根据试样表面状态可将原始试样分为3类:细晶层存在表面微裂纹的截面组织、细晶层无裂纹的截面组织及无细晶层截面组织。超声滚压后,3类截面组织均产生塑性变形层,无细晶层截面组织形成的塑性变形层最厚。超声滚压处理后,存在于原始试样表面的机加工纹理变细,犁沟变浅;试样表面粗糙度降幅可达75%,试样表面硬度增幅为4%,且试样表面产生了约90 μm硬化层。结论 相同静压力下,随电流增加,试样表面粗糙度显著降低,塑性变形层显著增加,硬度、硬化层深度增加但增幅较小;相同电流下,随静压力增加,试样表面硬度、塑性变形层深度、硬化层深度及表面硬度增加,粗糙度变化不大。     

GCr15SiMn轴承钢超声滚压表层组织及性能分析

目的 通过不同超声滚压加工工艺对GCr15SiMn轴承钢磨削态试样进行表面强化处理,并研究超声滚压加工工艺对表层组织及性能的影响.方法 采用扫描电子显微镜(SEM)对试样表面、截面组织进行观察,并用粗糙度仪和硬度仪对表面粗糙度、显微硬度进行表征.对不同电流、静压力参数下超声滚压加工试样表面、截面组织和性能的差异进行了分...     

GCr15钢轴承套圈的磨削开裂失效分析

通过金相分析及断口观察，对GCr15钢轴承套圈的磨削开裂进行了系统分析。结果表明．淬火裂纹是套圈失效的根本原因，而原材料中Cr的带状偏析、套圈表面的应力集中、淬火加热时的氧化脱碳以及不当的磨削工序则共同加剧了淬火裂纹的萌生和扩展。     

Study on the Components and Performance of GCr15 Bearing Steel Surface by Gas Multi-elements Penetrating

Gas multi-elements Penetration is a new surface hardening technology to improve the performance of the surface.In this paper, we focus on the study on the influence of multi-elements penetration on hardness of GCr15 bearing steel surface by C-N-O multi-elements penetrating treatment, and analyze the three elements, C, N and O in the surface with an EDX. Analysis of SEM images shows that there forms a penetrated layer 75 μ m or so in thickness over the surface, in which,0-30 μ m is the passivation layer, 30-60 μ m, the bright layer, and 60-75, the transition layer.     

超声振动辅助ELID磨削淬硬12Cr2Ni4A合金钢表面特性的研究

目的 提高淬硬12Cr2Ni4A钢的加工质量,消除工件表面残余应力.方法 采用普通磨削(OG)、超声振动辅助磨削(UVAG)以及超声振动辅助ELID磨削(UVAEG)3种磨削方式,分别对淬硬12Cr2Ni4A合金钢进行加工,分析3种加工方式下被加工工件的表面粗糙度以及残余应力.结果 在超声振动辅助磨削、超声振动辅助EL...     

基于正态分布的GCr15轴承钢强化研磨残余应力场数值模拟

目的 探索强化研磨不同工艺参数下定点喷射对GCr15轴承钢残余应力场的影响规律。方法 采用图像处理技术分析了不同工艺参数下强化研磨定点喷射表面覆盖率的分布特征。采用二维正态分布函数描述强化研磨定点喷射下钢珠的分布特征,运用Python/Opencv确定了在不同工艺参数下有限元模型所需的钢珠数量,基于Abaqus/Python构建出强化研磨正态分布有限元模型。运用所建立的正态分布模型分析不同喷射速度、钢珠直径及覆盖率对残余应力场的影响。结果 当喷射速度从45 m/s增加到70 m/s时,表面残余压应力从-683.5 MPa增加到-902.4 MPa,最大残余压应力从-981.6 MPa增加到-1330.6 MPa,残余压力层厚度从89μm增加到151μm,最大残余压应力深度从30μm移动到70μm。当钢珠直径从0.4 mm增加到1.0 mm时,表面残余压应力先增大后减小,最大残余压应力从-1063.5MPa增加到-1240.7MPa,最大残余压应力深度从30μm增加到60μm,残余压应力层厚度从103μm增加到147μm,其中钢珠直径从0.8 mm增加到1.0mm,最大残余压应力保持不变...