滚抛磨块材质对SLM成型316L不锈钢表面滚磨光整效果影响的实验研究

为了深入研究不同材质滚抛磨块对选择性激光熔化(selective laser melting, SLM)成型316L不锈钢表面滚磨光整效果的影响,选用氧化铝、白陶瓷和棕刚玉3种滚抛磨块进行滚磨光整加工,研究不同材质滚抛磨块对SLM成型316L不锈钢在水平面和垂直面上的表面粗糙度、材料去除率、显微硬度及物相组成的影响。结果表明:棕刚玉磨块的加工效率最高,能显著降低水平面及垂直面的表面粗糙度,其中水平面的表面粗糙度下降率达到68.69%,垂直面的表面粗糙度下降率达到87.53%,并能提高材料去除率、增强显微硬度与残余压应力;相比之下,白陶瓷磨块在保持表面完整性的同时,可有效去除SLM成型缺陷,满足特殊表面需求;氧化铝磨块加工效果位于二者之间。

水平振动式滚磨光整加工残余应力离散元有限元耦合仿真与实验研究

为探究水平振动式滚磨光整加工对零件表面残余应力的影响,提出一种适用于动态零件的离散元有限元(DEM-FEM)耦合仿真方法。分析了振动周期内颗粒运动状态以及颗粒间平均接触力的变化,构建了颗粒与零件间的随机接触模型,开展了不同振动参数下的残余应力仿真,并进行了实验验证。研究结果表明:随着振动强度的增大,容器内颗粒运动更加剧烈,颗粒与零件间有效法向接触力发生概率及均值增大,导致零件表面残余压应力呈增大趋势。残余应力仿真值与实验值对振动参数的响应趋势一致,误差在3.6%~11.3%之间。

滚磨光整对齿轮表面完整性和性能的影响

以某型号重型卡车十二挡变速器斜齿轮为研究对象,研究了滚磨光整加工对齿轮表面粗糙度、表面形貌、显微硬度和残余应力的影响,获得了滚磨光整前后变速器传动效率和整箱噪声。试验结果表明,滚磨光整后齿面表面粗糙度R_(a)从0.815μm下降到0.317μm,由喷丸强化加工产生的表面弹坑痕迹消失,表面形貌均匀一致。齿面显微硬度和残余压应力显著提升,表面残余压应力均超过1000 MPa,滚磨光整对齿面下深度大于0.02 mm的残余压应力无强化作用。滚磨光整后变速器综合传动效率提升约0.54%,平均噪声下降1~3 dB(A)。

主轴式滚磨光整加工EDEM-FLUENT耦合仿真模拟分析研究

考虑到主轴式滚磨光整加工实际工况是湿式环境,为实现该环境的下主轴式滚磨光整加工工艺的仿真模拟,首先将滚抛磨块按离散相处理,基于EDEM软件的Hertz-Mindlin模型对主轴式滚磨光整加工工艺进行仿真模拟,分析滚抛磨块运动情况,然后综合考虑滚抛磨块与液体介质的双向耦合作用,采用EDEM-FLUENT的联合仿真,通过欧拉-欧拉法建立滚筒内固液两相流混合模型,探究不同加工环境下滚抛磨块与工件接触速度大小;最后通过实验测试获得滚抛磨块与工件之间的接触力,并与仿真模拟做对比分析,以滚抛磨块与工件之间的接触力为评价指标,探究滚抛磨块对工件的作用规律,验证耦合仿真的有效性,为实际工程应用提供指导。结果表明:滚抛磨块成漩涡状运动轨迹,与工件接触时,运动轨迹发生变化,沿工件滑擦一段距离恢复圆周运动;湿式滚抛磨块速度小于干式情况,且靠近筒壁一侧磨块滑擦速度最大,正对磨块流处速度最小;工件正对磨块流处与滚抛磨块的接触力最大,靠近筒壁一侧次之,靠近筒中心一侧最小;滚筒转速较工件加工位置对于滚抛磨块与工件之间的接触力影响小,正对磨块流处滚抛磨块与工件之间主要发生碰撞作用,工件两侧以滑擦作用为主,验证了EDEM-FLUENT耦合仿真可用于主轴式滚磨光整加工固液两相流模拟,该方法为进一步探究滚抛磨块与复杂形状工件的接触研究提供参考。

航空齿轮主轴式滚磨光整表面完整性试验研究

采用主轴式滚磨光整工艺对14CrMnSiNi2MoA航空圆柱直齿轮进行光整加工试验,对航空齿轮滚磨光整前后的表面形貌、残余应力、显微硬度、微观组织等进行了系统研究。结果表明,对磨削后的航空齿轮进行滚磨光整,可以显著改善齿轮表面完整性;滚磨后齿面粗糙度可以降低到0.2μm以下,齿面平均残余压应力可以提高约45%,提高了齿面硬度;滚磨前后齿面粗糙度与残余应力分布表明,主轴式滚磨齿面残余压应力增加量和粗糙度降低量呈现为从齿根往齿顶逐渐升高。试验结果为齿轮滚磨光整工艺参数制定提供了理论依据。

主轴式滚磨光整加工直齿圆柱齿轮齿面的颗粒作用行为

为探究主轴式滚磨光整加工中齿轮与颗粒接触界面处的作用行为,基于离散元法(discrete element method,DEM)对主轴式滚磨光整加工进行模拟仿真。首先阐述齿轮附近及齿面接触颗粒的运动形式,然后探究齿轮埋入深度、齿轮和滚筒的转速对齿面接触颗粒相对运动速度及齿面接触力的影响,最后通过实验进行验证。结果表明:主轴式滚磨光整加工对齿轮齿面的作用具有周期性;齿轮上下齿面受力不均匀,上齿面所受接触力是下齿面的1.5~1.8倍。增加齿轮埋入深度主要影响颗粒与齿面的接触力,埋入深度增大75%,齿面接触力增大76%;提升齿轮与滚筒转速则主要影响颗粒与齿面的相对运动速度,齿轮与滚筒转速增大150%,齿面接触颗粒相对运动速度增大148%。且增加齿轮埋入深度可减小齿轮齿面沿轴向的加工差异性,埋入深度由80 mm增大到140 mm后,上下齿面沿轴向的粗糙度下降率由17%和36%变为62%和55%,而改变转速和埋入深度对沿齿廓方向的加工差异性改变不明显。

退火和深冷处理对7075铝合金滚磨光整加工性能的影响

为探索冷热处理对7075铝合金试件滚磨光整加工效果的影响,对原始态、退火态和深冷态(深冷处理9 h)试样进行滚磨光整加工实验和摩擦磨损实验,记录加工过程中试件表面粗糙度值和质量等数据,采用扫描电子显微镜和超景深光学显微镜,表征试件的表面形貌和磨痕形貌,采用能谱仪分析磨痕表面元素的成分。结果表明,滚磨光整加工后,深冷态试样表面粗糙度下降率和材料去除率较原始态有明显提高,且表面一致性高,表面光亮度最好。摩擦磨损实验中,深冷态试件的摩擦系数波动最小,总体变化更加平稳,其磨损机制主要为粘着磨损。

基于EDEM的主轴式滚磨光整加工工艺缩放方法的应用

为解决在真实环境中,主轴式滚磨光整加工设备对数百万甚至数千万滚抛磨块仿真的困难,建立一种缩放方法,加快仿真速度,代替原型进行实验。首先,采用力相似性原理,基于牛顿第二定律及达朗贝尔原理,讨论不同尺寸的滚筒中的颗粒运动形态的一致性;然后,结合几何及机械相似性原理,分析物理模型和缩放模型之间涉及的单个物理量的单位换算或比例因子;最后,通过减小滚筒中的滚抛磨块数量,结合滚抛磨块与工件之间材料去除率实验,验证该缩比方法的可行性。结果表明:该方法可进一步推动滚磨光整加工工艺的发展,为主轴式滚磨光整加工工艺仿真代替真实工况奠定基础。

TC4钛合金滚磨光整加工的表面完整性与抗疲劳性能

基于正交试验方法,采用卧式离心式滚磨光整加工工艺对钛合金TC4试件进行加工,研究主要工艺参数对表面粗糙度、显微硬度和残余应力的影响,确定了较优工艺参数;通过疲劳试验和SEM、XRD衍射测试等方法,分析了提高抗疲劳性能的效果和机理。结果表明:滚抛磨块直径是影响表面粗糙度值和残余应力的最主要因素;单面加工时,表面粗糙度Ra、Rz最大下降值为0.389μm和2.353μm,显微硬度可从314HV_(0.5)增加到367HV_(0.5),产生了308MPa的残余压应力;双面加工时,Ra、Rz最大下降值为0.356μm和2.151μm,显微硬度增加到346 HV_(0.5),产生了352 MPa的残余压应力。滚磨光整加工后,表面粗糙度的改善和残余应力的存在,有助于阻碍疲劳裂纹的形成和扩展,疲劳性能明显改善,单面加工可使试件的疲劳极限从389 MPa提高到450 MPa,提高了15.7%,双面加工时提高到578 MPa,提高了48.5%。

滚磨光整加工中磨料颗粒堆积角的离散元参数标定

针对滚磨加工中所用磨料颗粒的离散元模拟参数具体值难以确定的问题,对现有的参数标定方法进行改进,提出一种在已有正交实验基础上考虑参数间交互作用的参数标定方法。该方法以真实再现磨料颗粒堆积角为研究目的,以磨料颗粒间静摩擦、滚动摩擦系数以及磨料颗粒与滚筒壁面间静摩擦、滚动摩擦系数为研究参数,通过合理设置各研究参数的不同水平,构建正交试验的交互作用表,可以方便地得到各个摩擦系数的具体大小,从而对各参数对堆积角的显著性进行分析排序。在LL05离心式滚磨光整加工设备所用的Φ5mm磨料颗粒上进行的模拟实验对比结果表明,标定后的摩擦系数组合能够真实再现磨料颗粒堆积角,使磨料颗粒在滚筒内的运动更加真实。

高性能零件滚磨光整加工的研究进展

通过分析高性能零件的需求、滚磨光整加工的优势和应用范围,拓展了滚磨光整加工的内涵,从离散元模拟、微观作用测试分析、新型加工介质研发、实验研究以及典型零件的滚磨光整加工效果等方面,对滚磨光整加工工艺的国内外研究现状进行了分析。使用不同类型的滚磨光整加工工艺对高性能零件光整加工后,毛刺等缺陷去除,棱边倒圆均匀,表面纹理细化,光泽度等感官质量好。表面粗糙度Ra等级提高2级左右,表面应力状态大幅改善,残余压应力明显增加,表面完整性多项指标综合改善,抗疲劳、耐腐蚀等使用性能和使用寿命得到有效提高。通过颗粒流场的创成与调控,可以为高性能零件光整加工工艺方案及参数优化提供理论依据,有效推进下一代滚磨光整加工技术的发展,满足高性能零件的光整需求。最后,从研究分析方法、加工介质研发、新型及复合加工方式等方面进行了思考。

各向同性滚磨光整齿轮接触疲劳强度研究

经过传统磨削的齿轮齿面,其表面粗糙度在微观上具有典型的各向异性特征,而经过滚磨光整加工的齿面,其微观表面的纹理呈各向同性特征。根据齿轮分形接触强度理论和赫兹理论,讨论了微观形貌对齿轮接触应力计算的影响,并通过齿轮接触疲劳强度对比试验,得出传统磨削齿轮与滚磨光整齿轮的接触应力极限。通过对比试验结果表明各向同性光整工艺可以使齿面微观纹理趋于各向同性,有效提高齿轮接触疲劳强度,为相关材料齿轮寿命设计和可靠性设计提供了依据。

离心式滚磨光整加工钛合金的数值模拟分析

目的研究离心式滚磨光整加工对钛合金表层残余应力场的影响。方法利用有限元分析软件ABAQUS建立了加工过程中磨块碰撞TC4钛合金材料的三维有限元模型,对碰撞过程中的能量变化、材料应变及不同光整参数对工件表面残余应力场分布规律的影响进行分析,对比碳化硅磨块与氧化铝的加工效果。结果磨块参数对残余压应力峰值影响显著,但对其出现的位置影响不大。与碳化硅磨块相比,氧化铝磨块更适合于加工钛合金。结论有限元模拟可以探讨磨块碰撞作用下钛合金材料残余应力场的分布规律,优化滚磨光整加工钛合金的工艺参数。碰撞模拟证明,氧化铝磨块更适用于钛合金材料的滚磨光整加工。

曲轴类零件滚磨光整加工技术的开发与研究

根据曲轴类零件表面光整加工的实际要求 ,提出并制定了卧式滚磨光整加工的工艺方案 ,在阐述加工机理的基础上 ,重点分析了磨块与工件表面间复杂的相对运动 ,建立了数学模型 ,分析了影响加工的主要因素 。

立式离心式滚磨光整加工中的巴西果效应

针对在立式离心式滚磨光整加工后磨料颗粒与工件之间出现的分层现象,本文对该加工过程中是否存在巴西果效应进行了研究。考虑到离心式滚磨光整加工时的封闭性,无法进行实时观察,提出采用离散元模拟的方法来探索工件和磨料颗粒之间的相对位置规律,分别选取球形和圆盘形工件,球形、三棱柱、正四面体和圆柱体磨料颗粒进行分析对比。模拟结果表明,立式离心式滚磨加工中确实存在分层现象,且形状特征对加工时工件与磨料颗粒之间的相对位置有一定的影响。对巴西果效应的研究有助于设计人员进一步研究离心式滚磨光整加工机理,优化加工工艺。

滚磨光整加工的离散元模拟速度优化分析

滚磨光整加工作为提高和改善零件表面质量的重要途径之一,以其高效,低成本的特点在机械加工领域占据重要地位。在使用离散元法进行滚磨光整加工过程的模拟计算时,由于现有计算机运算能力的限制,常常因为模拟所需时间过长,导致无法高效、完整的完成整个模拟。有许多方法能够减少离散元模拟的计算量,缩短模拟时间,其中一种方法是通过适当增加离散元计算时迭代的时间步长来减少迭代次数,从而缩短模拟时间,但这种方法存在一定的条件限制,且可能会造成对磨块行为的描述不准确,甚至造成模拟结果的发散。基于对BJL-LL05型离心式滚磨光整加工过程的模拟,提出一种得到滚磨光整加工所能够适应最大时间步长的方法,以期达到显著减少模拟计算时间,缩短计算成本的目的。模拟速度最终可达到最高10倍的计算加速比,并进一步验证了调整滚磨光整加工时间步长的正确性。

基于离散元法的曲轴滚磨光整加工机理分析

提出一种曲轴滚磨光整加工工艺。将离散元法应用于曲轴滚磨光整加工分析,通过三维EDEM软件建立曲轴滚磨光整加工动态模型,对料箱内磨料颗粒系统的运动过程进行可视化仿真。通过分析加工过程中磨料颗粒的位置、速度以及磨料颗粒对曲轴的接触力,探讨同一周期内不同位置磨料颗粒系统速度场分布对加工效果的影响,分析磨料颗粒系统平均速度随加工时间变化的规律,研究磨料颗粒系统与曲轴之间的平均接触力,这对于提高曲轴滚磨光整加工技术具有积极的意义。

航空发动机盘类零件滚磨光整加工的模拟

为探寻航空发动机盘类零件滚磨光整加工一致性的最优方案,进一步提升滚磨光整加工技术在航空发动机盘类零件表面光整加工中应用的有效性,基于离散元法对航空发动机盘类零件分别进行振动式、回转式和离心式三种滚磨光整加工方案的模拟分析。对比典型区域工件和磨块颗粒的速度、磨块颗粒与工件的接触力,并通过"Hertz-Mindlin withArchard Wear"模型对盘类零件的磨损情况进行计算对比。通过模拟分析得出,同一种方案中不同区域处工件及磨块颗粒的速度、磨块颗粒对工件的接触力均不相同,与各区域所处于磨块颗粒介质流场中的空间位置有关;不同方案中盘类零件的磨损情况均不相同,与不同方案的加工原理、工艺参数有关;一定条件下,振动式滚磨光整加工较回转式和离心式滚磨光整加工,一致性明显较好。该模拟分析方法可对航空发动机盘类零件加工方案的选择、工艺过程的控制和优化提供参考依据,最终提高加工效率。

滚抛磨块参数对离心式滚磨光整加工过程中接触力的影响

为了揭示滚抛磨块参数对离心式滚磨光整加工的影响,采用Plackett-Burman试验方法,以滚抛磨块在加工过程中的平均接触力作为评价指标,分析滚抛磨块9项参数对离心式滚磨光整加工的影响,筛选出对滚抛磨块在加工过程中平均接触力影响显著的参数,并初步判断显著性参数对评价指标的影响情况。然后使用Box-Behnken试验法进一步研究显著性参数与平均接触力的关系,推导出显著性参数与平均接触力的方程,使用该方程可通过滚抛磨块参数预测计算离心式滚磨光整加工过程中滚磨磨块的平均接触力,进而选择合适的滚抛磨块。从滚抛磨块参数角度,为优化与完善离心式滚磨光整加工技术提供理论支撑。

大尺寸异形轴类零件的滚磨光整加工理论分析与试验研究

基于大尺寸异形轴类零件的实际光整需求,提出了滚磨光整加工实现方案,理论分析了影响相对运动速度的主要因素,重点分析了偏心部分的加工均匀性,揭示了加工介质的"瞬时空区"规律和"运动趋向性"规律,得出了改善异形轴类零件加工效果,尤其是加工均匀性的解决措施。在研制开发设备的基础上,确定了该工艺的加工效果,尤其是对表面纹理、显微硬度、残余应力、清洁度等零件表面完整性指标的改善程度。研究和应用结果表明,该工艺优于传统的砂带抛光,解决了大尺寸曲轴、凸轮轴光整加工的现实难题,对内燃机行业及相关轴类零件加工行业将产生积极的影响,应用前景广阔。