用有限元法进行低温磨削钛合金温度场的研究

钛合金的加工性能很差,磨削温度对其磨削性能有重要影响。为了改善钛合金的磨削加工性,分析磨削区温度场分布情况并研究如何有效降低磨削区温度具有十分重要的意义。本文建立了平面磨削时工件的传热学模型,并基于有限元原理,利用工程数值模拟软件 ANSYS对钛合金（TC4）工件在常温和使用液氮冷却的低温条件下的磨削情况进行了模拟仿真研究。通过分析不同温度条件下磨削钛合金时的磨削温度场分布情况,表明采用液氮冷却的低温磨削技术可以有效降低磨削区的温度,从而有利于钛合金的磨削。文章最后在常温及低温条件下对钛合金进行了磨削实验研究,验证了仿真分析的结果。

2195铝锂合金浸入式末端淬火实验与温度场有限元模拟

通过浸入式末端淬火实验和有限元模拟研究了2195铝锂合金的淬火温度场,获得不同位置的冷却曲线和硬度,结合微观组织分析2195铝锂合金的淬火敏感性机理。结果表明:2195铝锂合金板材的界面传热系数与表面温度之间存在非线性关系,当样品表面温度降低时,界面传热系数先升高后降低,在101℃左右达到最大值28.3 kW/(m^(2)∙℃);2195铝锂合金采用浸入式末端淬火时,淬火速率随着距离浸入端距离的增加而减小;随着淬火速率的减小,淬火析出相的尺寸和面积分数均增加,硬度随之降低;当淬火速率从402.5℃/s下降至3.9℃/s时,硬度下降率为25.6%。同时,分别建立了硬度值H和硬度下降率ΔH与淬火析出相的面积分数A的关系曲线。在慢速淬火过程中,由于大量淬火析出相的析出,影响后续时效过程中T1相的析出和长大,导致强化效果显著降低,合金的硬度大幅下降。

CBN刀具正交切削钛合金温度场的有限元分析

应用ABAQUS/Explicit软件建立了钛合金Ti6Al4V的二维正交切削模型,采用温度—位移耦合分析步,研究了CBN刀具二维正交切削Ti6Al4V时切削参数及刀具前角对切削温度的影响。研究结果表明,切削速度、切削厚度的增大均会使切削温度升高,其中切削速度对切削温度的影响最大,切削厚度次之;切削温度随着刀具前角的增大而降低,但当前角继续增大至20°后,切削温度略有上升。切削区高温分布区域随切削速度的增加而有所减小,随着切削厚度的增加,切削区高温分布区域增加。

钛合金材料超高速磨削湿式温度场的有限元仿真

运用有限元方法建立了难加工材料钛合金湿式磨削温度场的数学模型,分析计算了超高速磨削状态下钛合金磨削区的磨削热分配率,并对钛合金超高速磨削湿式温度场进行仿真,得到了湿式磨削温度场的等温场。从而得出了钛合金主要磨削参数对湿式磨削温度场的影响趋势以及磨削深度方向上磨削温度的分布。为钛合金超高速磨削的研究打下了坚实的基础。

平三角孔型轧制钛合金棒材温度场的有限元模拟

采用MSC.Marc有限元软件和接触分析技术,对TC4钛合金(%:0.08C、6Al、4V、0.3Fe、0.05N、0.015H,余量Ti)Φ32 mm棒材在平三角孔型中的三维热变形过程进行了模拟仿真,并定量分析了轧件温度场的变化。结果表明,开轧温度950℃时,TC4棒材在平三角孔型中稳定轧制,变形均匀,但沿横断面温度出现梯度,最低温度910℃,最高966℃。

钛合金镦锻过程温度场的有限元模拟

钛合金热加工窗口比较狭窄,通常热加工工艺很难同时满足各参数要求.本文采用刚塑性有限元法,通过钛合金锭坯镦粗过程进行了有限元模拟,重点分析了锭坯各部分温度的变化规律,尤其是中心区域的温升规律.结果表明:表面散热仅影响锭坯表面有限的范围,整体影响较小;锤头的热传导对锭坯的端面温降影响较大,但区域范围较小,应避免锤头与锭坯的长时间接触;塑性变形热在锭坯中心区域会产生比较大的温升,有可能导致过热,应考虑制定停顿工艺设计,以避免破坏性温升的发生.本文模拟结果可以为钛合金镦粗工艺设计提供参考.

钛合金材料超高速磨削湿式温度场的有限元仿真

在磨削工艺实验的基础上,运用有限元方法对钛合金超高速磨削湿式温度场进行了仿真,分析计算了超高速磨削状态下钛合金磨削区的磨削热分配率.从而得出了钛合金主要磨削参数对湿式磨削温度场的影响趋势.

基于有限元仿真的钛合金喷丸技术应用综述

喷丸强化工艺作为一种常用的表面强化技术,在钛合金相关零部件的表面强化中起到重要作用,有限元技术在探究喷丸强化工艺机理和强化效果中应用广泛。目前,多数喷丸仿真研究都是以钢和铝合金为材料,以钛合金为材料的喷丸仿真研究相对较少。本文总结了国内外学者关于钛合金传统喷丸仿真技术、钛合金新型喷丸仿真技术以及钛合金传统喷丸技术与新型喷丸仿真技术的联系,并对钛合金喷丸仿真方面的发展趋势进行展望。

钛合金球形封头热冲压成形有限元分析

针对钛合金球形封头热冲压过程中的局部减薄缺陷,利用有限元模拟平台DEFORM-3D对钛合金球形封头热冲压过程进行了有限元数值模拟,分析了不同出炉温度下等效应力应变随时间的演变过程、机理及产生减薄的因素等。结果表明:成形后封头的等效应力随温度的升高而降低,边缘处等效应力高出其余位置很多,边缘处与中心处之间位置的等效应力最低。等效应变按从中心到边缘的顺序依次经历由加速增大到恒定不变的转变过程,越靠近边缘的位置,转变时间越晚、恒定值越高,从中心到边缘处等效应变逐次增大。中心位置的减薄量最大,中心到边缘之间的位置减薄量次之,边缘处增厚;温度对中心部位的减薄量影响较大,1000℃时减薄量最小,对其余位置的减薄量影响不大。摩擦系数对厚度影响可以忽略。研究结果对提高钛合金球形封头热冲压成形质量有重要的指导意义。

Ti17钛合金线性摩擦焊温度场的有限元分析

建立了Ti17钛合金线性摩擦焊（LFW）有限元模型,利用有限元软件ABAQUS模拟研究了LFW过程中的温度场变化规律,并进行了Ti17钛合金的LFW试验,采用扫描电镜研究了接头的显微组织。结果表明：LFW接头界面温度超过β转变温度,随着与摩擦界面距离的增大,温度逐渐降低,且温度随距摩擦界面距离呈指数规律变化;焊后界面温度的冷却速度高达200℃/s。LFW接头焊缝组织为细小的等轴晶粒,热机影响区的组织沿着受力方向被拉长,热影响区中细小二次α相发生溶解现象。

7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟

根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.

铝合金汽车轮毂淬火过程温度场有限元分析

在对A356铝合金汽车轮毂热处理工艺分析的基础上,采用ANSYS有限元软件对铝合金汽车轮毂淬火过程中温度场及热应力场的分布进行数值模拟与分析。研究表明:在淬火过程中,轮毂在47 s时完全冷却到70℃,与实际较为吻合。轮毂受到的最大热应力为180.507 MPa,小于A356铝合金的强度极限。轮毂在淬火过程中会发生微量的变形,距离轮辐最远处的变形量最大,其值为0.127341 mm,建议在热处理后对汽车轮毂进行精密校核。

超大型镁合金压铸机定型板温度场及热应力的有限元分析

利用有限元方法对某型号超大型镁合金压铸机定型板在打料过程中的温度场和热应力进行了分析,对比了两种不同设计方案的计算结果,并据此提出了相应的设计建议。分析结果表明,目前的定型板减重设计方案切实可行,通过减重设计可以在一定程度上释放应力。

基于有限元法的锌合金涡轮铸件的温度场模拟

本文以有限元法为数学基础,对锌合金涡轮铸造成型过程中的温度场进行数值模拟。在模拟过程中,分别通过改变有限单元格的大小、浇注温度、钢芯和铸模的温度等主要参数,显示了详细的温度场变化情况。模拟结果显示铸模的初始温度对涡轮铸件的温度场的变化影响最大,而有限单元格的大小对温度场的变化影响最小。根据模拟结果,确定了最佳的工艺条件;通过试验对铸件进行温度场实测,验证了模拟的正确性。

切削用量对立铣加工钛合金Ti6Al4V切削力和切削温度影响规律的有限元仿真研究

利用软件AdvantEdge建立硬质合金涂层立铣刀三维铣削Ti6Al4V钛合金的有限元分析模型,模拟分析切削参数(切削速度、每齿进给量、轴向切削深度及径向切削深度)对刀具切削温度、切削力的影响规律。研究发现:切削力及切削温度随每齿进给量、轴向切削深度及径向切削深度的增加而增加:切削温度对切削深度的变化较敏感,随轴向切削深度和径向切削深度的增加显著增加;随着切削速度的增加,切削力先增大后减小,临界切削速度为120m/min。

Inconel 718合金惯性摩擦焊温度场三维有限元数值模拟

根据能量守恒定律,在考虑摩擦面上周向摩擦对转速影响的基础上,提出了惯性摩擦焊的热输入模型,建立了Inconel 718合金惯性摩擦焊的三维有限元热力耦合模型,通过计算获得了其焊接过程中温度场的空间分布和时间分布,并分析了其变化特点。用基于热电偶的温度场检测系统对焊接过程中温度进行了实时检测,结果表明计算数据和试验结果基本吻合,这说明了该模型的可靠性,可以为Inconel 718惯性摩擦焊工艺参数的优化提供有效的依据。

箱形孔型合金钢稳态轧制的温度场有限元模拟

采用MSC .Marc/Autoforge 3.1软件中的三维大变形热力耦合弹塑性有限元分析模块 ,对方形合金钢轧件在箱形孔中热变形的特点和温度分布规律进行了有限元模拟研究 ,得出的结果与实际测定一致。

铝合金大扁锭半连续铸造温度场与应力场的三维有限元仿真分析

基于大型非线性有限元分析软件MARC,建立了半连续铸造三维热力耦合的物理模型和数学模型及半连铸过程复杂的边界条件和热接触条件;模拟现场工艺变化规律,对铝溶体在凝固成形过程中的温度场和应力场进行仿真;通过改变结晶器冷却水量(改变一冷区和二冷区的界面传热强度)及拉坯速度等工艺参数,利用该软件系统综合分析了工艺条件的改变对铝锭温度场和应力场的影响规律。仿真分析结果与现场观测结果相吻合。

切削置氢TC4钛合金切削力及切削温度的有限元分析

利用有限元技术,研究了氢含量对TC4钛合金切削力及切削温度的影响规律,并对高速切削时的切削力、切削温度的规律进行了预测。利用电子万能材料试验机及霍普金森压杆装置获取了不同应变速率及温度时置氢钛合金的流变行为,通过数据的拟合得到了Johnson-Cook(J-C)本构方程,据此建立了切削数值模型。切削力及切削温度的模拟结果与试验数据对比表明,所建立的有限元模型能够较准确地反映切削过程。切削力及切削温度均随着氢含量的增加而呈现先减小后增加的相似规律,氢含量为0.3%时其所对应的切削力及切削温度均最低;高速切削下氢含量对切削力及切削温度的影响较低速时弱。

ZL201铝合金铸件凝固过程温度场的有限元模拟

以矩形ZL201铝合金铸件压力铸造为例,对凝固过程进行了合理的假设和简化,利用有限元方法,对铸造凝固过程温度场宏观变化进行了模拟计算,获得了铸型与铸件在凝固过程中的温度分布规律。在凝固过程中,铸件温度一直呈下降趋势,铸型温度的变化趋势是先升高后降低。计算结果表明,三维温度场的数值模拟能够反映铸件冷却过程温度场的动态变化,为提高铸件质量、确定凝固时间和优化工艺参数提供了参考。