2024铝合金超精密车削表面形貌的实验研究

超精密加工是获得超光滑高质量工件表面的重要手段,其加工条件和工艺参数对超精密加工质量有重要影响。文章设计了振幅梯度变化的T形零件进行单晶金刚石超精密端面车削,获得了不同振动条件下的加工表面形貌,振动激烈的部位形貌刀痕深度大,呈一字形重叠,粗糙度大;离中心点较近的大部分中间区域振动最小,表面呈光滑镜面;过渡区域振动平缓些,表面会出现很多类似丘陵状或鱼鳞状的多边形。探索了超精密加工进给量、主轴转速及切削深度对加工表面质量的影响。结果表明随切削进给量的增加,表面粗糙度变大;随着主轴转速增大,表面粗糙度变小,但当主轴转速增大到一定值时,表面粗糙度反而有增大的趋势;随着切削深度的增加,表面粗糙度也变大,并且从工艺参数与表面粗糙度的关系示意图可以看出,切削深度对表面粗糙度的影响要小于进给量和主轴转速对其的影响。

3D激光熔覆铁基合金温度场模拟及其试验

通过建立Q235钢表面激光熔覆低碳铁基合金温度场三维模型,分析了熔覆层顶、底的温度随时间变化的曲线,由此对熔覆层成形质量进行预测。结合实验论证得到激光功率为2000W、扫描速度为10mm/s时,熔覆层顶、底点最高温度分别为2300℃和1500℃,有利于得到表面形貌较好、与基体良好冶金结合的熔覆层,熔覆层组织由等轴晶和垂直于界面的树枝晶构成,过渡区为富Cr、Ni的板条状马氏体;熔覆区组织均匀致密,过渡区中基体和熔覆材料产生了良好冶金结合且稀释率低,热影响区铁素体与珠光体得到了细化。

2024铝合金超精密车削表面残余应力模拟及参数优化

基于ABAQUS软件对2024铝合金的超精密车削过程进行热力耦合仿真模拟,研究了切削三要素对工件表面残余应力的影响规律,并采用了评价函数的方法,以低残余应力为目标进行了切削参数优化。结果表明2024铝合金已加工表面(切削稳定区域)以压应力为主,随着距已加工表面距离的增加,残余压应力值减小并逐渐变为拉应力,残余应力分布深度在10μm内。随着切削深度(10~30μm范围内)的增大、切削速度(50~150 m·min^-1范围内)的减小、进给量(10~24μm范围内)的增大,2024铝合金工件表面残余应力呈现增大趋势,采用评价函数进行优化,确定了当切削速度129.8650 m·min^-1(实际切削加工可取130 m·min^-1),进给量为8.9μm,背吃刀量为1μm时,总体表面残余应力最小,表面质量更优,经过车削实验也验证了结论的可靠性。