软固结磨粒群气压砂轮的力学特性分析

提出以软固结磨粒群(Softness consolidation abrasives,SCA)气压砂轮为工具的加工方法,对磨粒群密集颗粒系统的力学特性进行分析,用于解决激光强化后局部高硬度区域难以高效光整的问题。引入软球接触模型建立磨粒软固结形态下的微观接触力模型,引入全局阻尼系数得出了磨粒蠕变时的位移和速度公式。通过PFC3D仿真,验证了接触力计算公式,建立了颗粒系统的接触力网。对单颗磨粒在z轴方向上的速度进行跟踪研究,证实了SCA在加工时的存在蠕变现象。结合修正的Preston的方程,针对激光强化自由表面进行加工试验。试验结果表明:在相同加工时间内,SCA累积高出游离磨粒近34.35%的材料去除量,且避免了刚性砂轮面向曲面加工时产生的划痕,SCA加工可大幅提升面向高硬度曲面的光整效率。

定向洛伦兹力对激光熔覆熔池排气的影响

采用稳态磁场和电场耦合形成定向洛伦兹力,基于多物理场耦合原理及网格变形法建立了定向洛伦兹力作用下的熔池模型,采用离散元法模拟了熔池内的气泡运动过程。与熔覆工艺条件相同但未施加外场时比较,结果显示,定向洛伦兹力具有优异的气孔调控能力。当洛伦兹力向上时,熔池的最高流速被抑制了62.5%,气泡运动方向向下偏转,熔覆层的气孔明显增多;当洛伦兹力向下时,熔池的最高流速被抑制了25%,但气泡因所受浮力增大而逸出加速,熔覆层无气孔。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了仿真模型的可靠性。

电磁复合场对激光熔注增强颗粒分布梯度的调控

对激光熔注过程进行了多物理场仿真,分析了电磁复合场参数对熔池内部流场、温度场和颗粒分布的影响规律,并通过实验进行了验证。结果表明,电磁复合场的施加可抑制熔池流速,但对其温度场的分布无明显影响。当施加与重力同向的定向洛伦兹力时,大部分增强颗粒集中在熔注层上层区域;反之,大部分增强颗粒集中在下层区域。