电磁式磁力滚压加工启动过程研究

电磁式磁力滚压是一种将电磁技术和滚压技术结合的新技术用以提高长圆不锈钢管内表面质量.电磁式磁力滚压加工系统的启动是影响加工效率和加工效果的主要因素之一.通过对电磁式磁力滚压加工启动过程进行理论分析确定出系统启动需要满足的条件;利用Ansoft对启动过程进行仿真,得到不同启动频率下长圆不锈钢管磁力滚压启动参数;搭建试验平台进行磁力滚压加工启动试验,得到不同启动频率下磁力滚压加工系统启动瞬时最高温度及启动后稳定运行的温度数据.结果 表明:在满足启动力学和热学条件的情况下,电磁式磁力滚压加工系统能启动的频率范围为(4～9)Hz,系统启动并稳定运行的最佳频率为9Hz,启动时间为1.2s,提高了启动效率并为持续加工奠定了基础.     

磁力滚压系统磁路优化研究

磁力滚压技术是利用磁场力实现滚压光整加工的一种新型的无切削塑性变形加工工艺。磁力是影响磁力滚压系统加工效果的主要因素之一,磁力滚压系统磁路是影响磁力大小的关键因素。根据磁力滚压要求设计了磁力滚压系统磁路,并运用Ansoft软件对影响系统磁路效果的主参数进行了优化分析,结果表明:经优化后的磁力滚压系统满足加工可行性条件,给后续磁力滚压的刀具制作提供了理论依据,为提高长不锈钢管内表面质量提供了一种新的加工工艺。     

长圆管内表面磁力滚压技术

利用磁力滚压技术对长不锈钢管内表面进行滚压加工。分析了磁力滚压加工原理及影响加工效果的主要因素,设计了磁力滚压系统和滚压工具,并运用Ansoft软件对磁力滚压系统进行仿真分析,搭建了磁力滚压试验平台。试验分析结果表明:磁力滚压系统有良好的磁路特性和受力特性;工件内表面粗糙度值R_a由1.860μm降低到0.665μm,表面硬度由82HRB提高到97HRB,工件内壁表面质量得到很大改善;磁力滚压技术为长圆管提供了有效的内表面光整强化方法。     

电磁式磁力滚压工具的研发及试验研究

磁力滚压是一种将磁技术和滚压技术结合的新技术用以提高长不锈钢管内表面质量。为了实现电磁式磁力滚压加工,研发出一套新型磁力滚压工具。通过对磁力滚压加工机理进行分析,得到电磁式磁力滚压加工滚压力的有效范围;基于滚压力的范围和工件的结构设计磁力滚压工具;利用Ansoft对系统磁路进行优化,确定出磁力滚压工具结构以及与之相匹配的滚压加工频率;搭建电磁式磁力滚压加工系统,对长不锈钢管进行磁力滚压加工试验。结果表明:电磁式磁力滚压工具有良好的加工特性,工件的有效滚压加工频率为(4～9)Hz,系统的最佳加工频率为9Hz。     

磁力滚压技术及试验研究

磁力滚压技术是依据磁力驱动原理完成对非导磁管类工件内表面滚压加工的一种新型加工工艺。基于异性磁极相吸原理,其外部旋转磁场带动内部滚压工具同步转动,从而完成对工件内表面的光整加工。研究其加工机理,确定影响磁力滚压的主要因素;进行磁力滚压加工试验,确定了最佳工艺参数:当变频器输入频率为20Hz、轴向进给速度为0.4m/min、加工行程为5个时,工件内表面加工质量和效益达到最佳,验证了磁力滚压技术可有效提高不锈钢管工件内表面质量。     

板式翅片滚压成形过程仿真

采用一种新型滚压工艺进行板式翅片加工,简述了板式翅片的成形原理及滚压刀具的设计原则;利用DEFORM-3D软件对其成形过程进行模拟仿真,获得了理想的模拟翅片结构;分析了成形过程中工件的应力应变状态和滚压刀具在成形中的受力状况,通过加工实验验证了该方法的可行性。     

板式翅片滚压成形过程仿真

采用一种新型滚压工艺进行板式翅片加工,简述了板式翅片的成形原理及滚压刀具的设计原则;利用DEFORM-3D软件对其成形过程进行模拟仿真,获得了理想的模拟翅片结构;分析了成形过程中工件的应力应变状态和滚压刀具在成形中的受力状况,通过加工实验验证了该方法的可行性。
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凸环管件颗粒介质内高压成形工艺理论解析

离散体颗粒介质使颗粒介质内高压成形工艺中的传压具有非均匀性、颗粒介质与管件之间摩擦作用显著等特征,基于此,建立了颗粒介质非均匀载荷传压模型,对凸环管件胀形工艺过程进行了理论推导和数值解析,探讨了内压状况和摩擦条件对管件成形性能的影响,并通过工艺试验对理论分析结果进行了验证。分析结果表明,颗粒介质内高压成形工艺所具有的内压非均匀性、介质与管坯摩擦作用显著两大特征可有效减小胀形过程中的壁厚减薄和成形压力。对比试验与理论分析结果表明,壁厚分布和成形压力的理论计算结果与试验结果一致,颗粒介质非均匀载荷传压模型的构建策略可用于管件成形的预测和分析。     

超声滚压三维残余应力场的有限元模拟

探讨一种研究超声滚压表层残余应力的数值方法。超声滚压过程是一个强烈的塑性变形过程,涉及到复杂的静态和动态冲击挤压。根据该加工技术的原理建立了有限元模型,评估了网格参数、定义了加载方式,并通过304不锈钢圆盘的超声滚压实验对有限元模型进行验证,在此基础上,模拟了超声滚压的加工过程,分析了残余应力分布特点以及各加工参数对其影响规律。结果表明:超声滚压后,材料表面产生了分布均匀的残余压应力,随着深度的增加,残余应力先后出现一次压应力峰值和较小的拉应力峰值最后降低为0。加工参数对残余应力的幅值和深度影响程度不同,静压力、覆盖率和加工次数影响较大,振幅影响较小。     

环状零件滚压加工成形仿真技术研究

航天阀门密封件的滚压加工成形过程中涉及到大位移、大转动、有限应变,具有复杂的非线性特征。为探索航天阀门密封件环状结构滚压加工工艺,采用有限元法对滚压成形过程进行全流程仿真,准确获取滚压加工中的滚压力变化曲线及滚压加工质量效果。通过仿真数据进行工艺优化,获得最佳的航天阀门密封件滚压工艺参数,在阀门密封件滚压成形加工样机上进行滚压成形试验,对仿真后的工艺参数进行验证。     

板式翅片滚压成型的数值模拟

针对板式翅片加工现状,提出一种板式翅片滚压成型新方法。阐述了该方法的成形原理;在三维软件中建立了滚压刀具和工件的有限元分析模型,采用Deform-3D有限元分析软件对板式翅片滚压成型过程进行了数值仿真,获得了理想的翅片形状;分析了成形过程中工件的应力状态及滚压刀具的受力情况,为板式翅片滚压成型方法的研究和应用提供了重要理论依据。     

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。     

预加载荷对表面机械滚压强化残余应力影响的数值研究

为了研究预加载荷对表面机械滚压强化残余应力的影响,建立了表面机械滚压强化AISI 4340钢的三维有限元模型,并提出了一种耦合显式动力学-隐式静力学的计算框架,多步骤模拟了预加载荷作用下的表面机械滚压强化过程。首先,通过施加位移载荷在待滚压模型上,使之产生弹性变形;然后,固定了边界条件,冻结了弹性变形,在此基础上模拟了表面机械滚压强化过程;最后,释放了弹性变形,比较了表面机械滚压强化残余应力的变化。研究结果表明:预加载荷会导致表面机械滚压强化后的板材表层产生不利的残余拉应力,另外与滚压力方向相反的预加载荷会减小滚压强化的最大残余压应力,滚压后释放预加载荷会进一步削弱板材亚表层的残余压应力;因此,在表面机械滚压强化过程中应当避免工件承受预加载荷。     

纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值分析

为研究平面试件在纵-扭复合振动超声深滚加工后材料应力分布及变化规律,采用有限元方法对Q345钢进行了纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值模拟。首先分析了加工后试件材料各应力分量沿深度方向的分布情况,然后研究了静压力、滚压速度、振幅和相位差对加工后材料残余应力的影响规律。结果表明:经纵-扭复合振动超声深滚加工后材料表层残余应力分布较均匀,表面为压应力,压应力沿试件深度方向先增后减;试件最大残余压应力及最大横向残余压应力深度和残余压应力层深度随静压力的增大而增大,随滚压速度的增大而减小,而表面残余压应力和最大纵向残余压应力深度无显著变化;试件横向残余压应力层深度随振幅的增加小幅度地增大,但最大残余压应力幅值和深度和纵向残余压应力层深度几无变化;相位差对残余应力影响可忽略不计。     

超声表面滚压加工纯钛梯度材料的力学性能反演与有限元分析

对TA2纯钛进行超声表面滚压加工,研究了其截面显微组织和残余应力分布;采用纳米压痕试验测定距表面不同距离处的载荷-压入深度曲线并反演得到应力-应变曲线,将该应力-应变关系作为材料属性,采用有限元方法模拟得到载荷-压入深度曲线,通过与试验曲线进行对比对反演方法进行验证,并且研究了初始屈服应力和应变硬化指数对载荷-压入深度曲线的影响.结果表明:试样表层形成晶粒尺寸逐渐增大的梯度结构,残余压应力随着距表面距离的增加先增大后减小;载荷-压入深度模拟曲线与试验曲线基本一致,最大压入深度的相对误差在8％以内,说明反演方法可靠;随着初始屈服应力和应变硬化指数增大,载荷-压入深度曲线加载段曲率增大,塑性功与总功之比减小,初始刚度变化不明显.     

管材固体颗粒介质成形新工艺

传统的软模成形技术促进了管材成形技术的发展,但也存在许多不足。针对传统软模成形的缺点提出管材固体颗粒介质成形新工艺(Solid granules medium forming technology, SGMF)。该新工艺既可解决流体介质、粘性介质的密封难题,又具有内压非均匀分布,便于控制工件成形,提高材料成形极限的优点,为材料的制备和加工提供了新的方法和手段。针对固体颗粒介质传压特点,提出线性载荷模型和余弦载荷模型。采用塑性理论对非均匀内压作用下的管材成形过程中,自由变形区塑性变形进行研究,建立在非均匀内压作用下的管材成形塑性理论,得到自由变形区应力、应变、厚度计算公式,并通过试验进行实际验证。     

扭杆弹簧齿根滚压强化残余应力场仿真分析

通过对扭杆弹簧齿根进行滚压强化,使其在齿根处形成残余压应力场,以有效延长扭杆弹簧使用寿命。为了研究滚压工艺对齿根残余应力场分布的影响规律,对齿根滚压加工过程进行了有限元仿真分析,建立了滚压力、等效残余应力和齿根处位移变化量三者之间的关系,研究了滚压后齿根残余应力场的分布规律。仿真结果表明,齿根表面等效残余应力随滚压力的提升而增大,但增大趋势不是线性增加;等效残余应力沿层深的分布呈指数型规律,在齿根表面达到最大值;周向残余应力沿层深的分布为先压后拉,最后趋于零。仿真结果结合在线测量装置监测齿根位移变化量,可预测滚压力和滚压后的残余应力值,从而有效地评价工件的滚压效果。     

基于载荷控制的拐角铣削进给优化*

针对模具型腔拐角铣削过程,提出一种考虑刀具变形及铣削力变化的基于载荷控制的进给量优化方法。根据拐角的铣削中刀具与工件接触情况的不同,将铣削过程分为五个阶段,分别分析拐角铣削时刀具切削刃真实运动轨迹,建立拐角圆弧运动轨迹下瞬时切屑厚度模型,提高切屑厚度模型在拐角加工中的预测精度。修正铣削力预测模型,使其满足拐角加工过程不同阶段的要求。选取刀具变形量为约束条件,计算不同阶段的允许最大载荷,利用二分迭代法得到该载荷下对应的进给量值。考虑到数控机床的运动加速度限制,对得到的优化进给量值进行二次优化,以满足实际加工的要求。仿真结果表明,在进给优化后的拐角铣削过程中,载荷变化趋于平稳,加工时间缩短。进行拐角加工验证试验,数值仿真计算和试验测量结果表明,建立的铣削力模型能够很好地预测拐角铣削过程。所建立的优化模型为模具型腔的高精、高效加工提供理论支持。     

工况信息融合的神经网络刀具监控方法研究

基于加工过程中刀具产生的动态信号,利用BP神经网络多输入、多输出和非线性映射的特性,通过融合多种加工特征信号,建立了切削参数与加工动态过程之间的关系模型,实现了刀具在线加工状况的检测与预报。仿真结果表明,基于工况信息融合的神经网络刀具监控方法不但可以减少加工参数变化对刀具状态检测的影响,而且提高了在线检测刀具磨损量的精确度,验证了该方法的有效性。     

花岗岩微观压痕断裂仿真分析

以花岗岩加工的微观过程为研究对象,分析其过程中花岗岩裂纹的形成与应力分布情况。运用ANSYS LS-DYNA及LS-PrePost分析软件,建立了单颗粒金刚石压入花岗岩的压痕断裂模拟过程的物理模型,在不同工况下进行模拟,利用网格变形图获得了花岗岩微观裂纹的形成以致断裂的过程,根据得到的花岗岩有效应力云图,对比了不同工况下花岗岩应力变化过程,获得仿真对象花岗岩的最大应力。其结果为后续的花岗岩铣削加工刀具的深入研究,以及实际应用中工艺参数的选择提供参考的依据,对降低花岗岩加工的成本,具有一定指导意义。