基于覆盖率和喷丸强度的喷丸工艺数值模拟

覆盖率和喷丸强度是喷丸工艺实现标准化的重要参数,但这2个喷丸执行参数既不能在生产中由喷丸设备直接设置,又不能在喷丸数值模拟模型中作为参数直接输入。为了在喷丸数值模拟中实现对覆盖率和喷丸强度的计算和控制,建立包含多弹丸模型和阿尔门试片模型的数值模拟仿真体系;基于Avrami方程和开发的Python程序,提出在特定覆盖率目标下生成多弹丸的随机初始位置的算法,在Abaqus平台下快速建立考虑覆盖率的多弹丸模型;采用DEM-FEM耦合方法,基于粒子生成器建立考虑喷丸强度的简化阿尔门试片模型;开展喷丸实验,通过对比喷丸强度、受喷工件的残余应力和表面粗糙度,验证所建立的喷丸数值模拟仿真体系的有效性;基于建立的喷丸数值模拟仿真体系,进一步探究影响喷丸效果的因素。研究结果表明:在相同的覆盖率下,喷丸强度越高,靶材的残余压应力场对应的深度越大,而靶材的表面粗糙度也会增大。当覆盖率和喷丸强度都相同时,小尺寸和高速的弹丸在获得更高的峰值残余压应力的同时,表面糙化现象也会越严重。仅控制喷丸执行参数并不能保证一致的喷丸强化效果,要实现对喷丸强化效果的精准控制,需要在考虑覆盖率和喷丸强度这类执行参数的同时,考虑弹丸尺寸、弹丸速度和弹丸类型等过程参数。

喷丸强化工艺的喷丸强度测试与分析

对喷丸强化工艺设计时涉及的关键技术指标喷丸强度进行研究。根据喷丸强度测量所需的硬件条件及技术参数,详细阐述了饱和度曲线的绘制方法,对喷丸强度的概念、弧高度值的提取以及影响喷丸强度的因素进行分析,并且对喷丸强化处理时涉及的喷丸强度问题提出了解决方案。

空化水喷丸工艺诱导塑性变形行为的数值模拟

金属薄板经空化水喷丸强化后会产生不同程度的塑性变形,为了探究冲击波压力作用时间对塑性变形的影响,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立了各向同性理想弹塑性的空化水喷丸三维有限元模型,对N型标准阿尔门试片经空化水喷丸处理后诱导的塑性变形进行了数值模拟。为了验证模拟结果的准确性,利用阿尔门测量仪对上述工艺诱导试片塑性变形产生的弧高度进行了试验测定。结果表明,数值模拟的弧高度和实测数据有较好的一致性。

二次喷丸诱导应力及变形工程预测方法

为建立二次喷丸的等效分析方法,在单次喷丸诱导应力及饱和度已知的情况下,进行金属零件二次喷丸的诱导应力和变形的工程预测。以单次喷丸的饱和度曲线为分析基础,讨论了二次喷丸饱和度与喷丸时间的变化规律。用正弦函数的形式表达喷丸诱导应力,并建立了零件的平均诱导应力和饱和度之间的关系。结果表明:针对弹丸尺寸不同的二次喷丸过程,进行了基于多弹丸随机喷丸技术的有限元仿真,得到的喷丸诱导应力与理论结果相差5%左右;针对喷丸压力不同的二次喷丸过程,使用标准阿尔门试片进行了喷丸试验,试片变形与理论结果相差3%左右。仿真和试验结果均表明提出的预测方法有效、准确,可较好地预测二次喷丸后零件的残余应力和变形。

基于喷丸设备控制参数的喷丸强度计算

为了研究喷丸设备控制参数与喷丸强度的关系,以阿尔门试片为对象进行喷丸强化试验,获得了不同喷丸设备控制参数下的喷丸强度;采用最小二乘法建立了喷丸设备控制参数对喷丸强度的影响关系模型;对喷丸强度计算进行验证,喷丸强度计算结果和实测结果最大差值为0.01mmN,误差在10%以内,精度较高,可用于喷丸强度的计算。

直齿齿轮类零件的喷丸工艺试验

以某公司零件的喷丸工艺开发为切入点,在模拟直齿齿轮的阿尔门试片工装的研究设计下,完成了直齿齿轮类零件喷丸工艺试验,保证了齿面与齿根喷丸状态与残余应力的一致性,为后续喷丸工艺开发提供了新思路。