Optimization of Rolling Parameters for Enhancing Surface Integrity of Aluminum Alloy

In this current work,aluminum alloy grade 2024 is adopted as a plate material that is used in the rolling process with three different parameters including thickness reduction,forming temperature,and density of lubrication type.The experimental procedure of the rolling process is performed using the design of the experiment based on the Taguchi technique(L27),then surface roughness,surface hardness,and surface residual stresses are measured.The results showed that the lubrication density has a significant impact on the surface roughness which depends on the lubrication properties(mineral oil type,natural fat,and kinematic viscosity)while surface hardness and surface residual stresses were strongly affected by thickness reduction.On the other side,the augment in forming temperature can decrease the quality of the final surface finish and the surface hardness but reduce the induced residual stresses.The best surface finish is obtained based on the optimum condition of the rolling factors are(R%_(3),T_(1),andρ_(3))while the optimum condition of rolling parameters that generate higher hardness and compressive residual stresses are(R%_(3)T_(1)ρ_(1)).

钛合金材料超声滚压加工的仿真分析与实验研究

采用普通滚压加工工艺对钛合金材料进行加工时,存在因低频冲击造成的工件残余应力分布不均匀和表面硬度低等问题,为此,开展了钛合金材料超声振动滚压工艺仿真及实验研究。首先,从理论层面分析了超声滚压加工的运动学及动力学特性,找出了影响超声滚压加工性能的相关因素;然后,采用ABAQUS有限元软件建立了钛合金材料的仿真模型,分析了超声滚压对残余应力的影响及强化机理;最后,设计了钛合金工件的超声滚压实验,研究了不同参数指标对工件加工质量的影响,并根据实验结果对仿真模型和残余应力结果进行了验证。研究结果表明:随着静载荷和超声振幅的增加,工件表面残余应力分布相对均匀且趋于平稳,表面粗糙度呈现先降低后增加的趋势,表面硬度随强化层深度的增加逐渐降低;在振幅为20μm时,工件表面质量和性能相对较好,此时残余应力均值为849 MPa,表面粗糙度均值为0.1μm。该实验结果与仿真分析结果一致,验证了所建模型的可靠性,可为滚压制造工艺参数的选取提供参考。

超声滚压载荷对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律

为了提高列车车轴的使用寿命,研究分析了不同强化处理后试样的表面形貌及其粗糙度、表层组织结构、表面硬度及其深度和表面残余应力,探索了滚压处理和不同载荷超声滚压处理对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律。结果表明:与磨削试样相比,滚压和超声滚压处理均改善了试样的表面粗糙度,其中低载荷超声滚压试样的表面粗糙度最低,达到了0.2μm;高载荷超声滚压试样的表层获得的塑性变形层最深;高载荷超声滚压试样的表面硬度值最大,达到了370 HV0.1,并形成了深度为150μm左右的硬化层;滚压试样和超声滚压试样表面均产生了较高的残余压应力。滚压和超声滚压处理使25CrMo4车轴钢表面硬度及硬化层深度的增加、产生较高的残余压应力和表面粗糙度的降低均会对其疲劳性能的提高产生有利的影响,特别是超声滚压处理的效果更佳。但过高的载荷会使车轴钢的表面粗糙度升高,从而对其疲劳性能的提高产生不利的影响。

滚压量对300M钢螺栓退刀槽表面完整性的影响

滚压加工是螺栓表面强化的主要方法,但关于滚压参数对高强度钢螺栓表面质量的影响规律研究鲜有报道。为了研究滚压量对300M钢螺栓退刀槽表面完整性的影响,使用zygo表面粗糙度轮廓仪、超景深显微镜、显微硬度计、X射线应力衍射仪、扫描电镜等设备,对滚压后螺栓退刀槽表面粗糙度、表面形貌、显微硬度、残余应力、表层显微组织等进行检测。结果表明:随着滚压量的增大,表面粗糙度先减小后增大,当滚压量为0.08 mm时,表面粗糙度Sa达到最小值0.058μm,相比滚压前减小75%;螺栓退刀槽表层晶粒明显细化,并形成高密度位错,滚压量为0.11 mm时塑性变形层深最大达166μm;塑性变形使螺栓表层显微硬度显著增加,最大值为660 HV,相比基体硬度提高16%,形成280~400μm的硬化层;滚压加工给螺栓表面引入较大的残余压应力,且随滚压量增加逐渐增大,残余压应力最大达848.4MPa。研究结果补充了300M高强钢螺栓退刀槽滚压表面完整性数据,可应用于工艺人员对民机、军机等螺栓断裂原因分析、疲劳寿命预测及螺栓滚压加工参数优选。

碳氮共渗GCr15钢的组织及性能

对高碳铬轴承钢GCr15进行碳氮共渗,从显微组织、硬度、残余奥氏体、应力状态等方面研究其组织和性能,研究表明:碳氮共渗后,GCr15钢制内圈表面可获得深度约为0.40 mm的碳氮共渗层,内圈表面组织为弥散分布的碳氮化合物组织,显微组织(晶粒度)为8级;内圈表面层存在含量大于20%的残余奥氏体,其随回火温度的升高而降低;表面层呈现压应力状态,成品内圈表面可获得一定深度的压应力层。

圆棒试样V型槽超声滚压装置设计及试验研究

设计一种针对圆棒试样V型槽的超声滚压装置,分别对滚压装置及其配套的固定装置、工件夹具等进行了结构设计,利用ANSYS Workbench对装置进行了模态分析和谐响应分析,结果表明装置的共振频率与超声波发生器频率一致,装置能够正常工作。设计单因素试验,探究了不同静压力、超声振幅和滚压遍数等超声滚压工艺参数对渗碳淬火态18CrNiMo7-6合金钢V型槽表面质量的影响。超声滚压加工后试样V型槽底部的表面粗糙度从0.8μm可降至0.141μm;表层残余应力与表面硬度显著提升,滚压过后试样表面最大残余应力为-703.2 MPa,最大硬度可达985.34 HV,较原始表面硬度提高了97.5%。结果表明,采用该装置能够对V型槽底进行超声滚压加工,经超声滚压后,V型槽底部表面质量得到显著提高。

柴油发动机进气阀断裂分析

柴油发动机进气阀为一体式锻造、硬质合金堆焊而成,在使用过程中发生断裂。为了分析断裂原因和制定对策,对断裂进气阀的断口宏观特征、微观形貌、金相组织、化学成分、显微硬度和残余应力进行分析。结果表明:进气阀断裂模式为疲劳断裂;零件堆焊层中存在较高的硬度和残余拉应力;进气阀在复杂的工作环境中受到机械冲击负荷和高残余拉应力的叠加作用,加上高的脆性,导致堆焊区局部裂纹产生;在重复的工作负荷下,裂纹以疲劳方式进一步扩展,直至断裂。建议严格控制进气阀堆焊后的热处理工艺,降低硬度和残余拉应力,从而有效避免此类失效的发生。

马氏体相变对堆焊冷却切向应力影响的数值模拟

采用红外热像仪和X射线应力仪分别测定了热轧辊钢堆焊过程的温度场和残余应力场,根据试验数据和材料的物理、力学参数,采用二维有限元计算方法,建立了堆焊应力场模型,对切向残余应力进行了数值模拟,模拟结果与测量结果相吻合,证明所建立的模型有效性.根据这一模型,对热轧辊钢堆焊冷却过程发生马氏体相变前后切向应力进行了数值模拟.模拟结果表明,在堆焊冷却过程中,当发生马氏体相变时,试样表面出现切向压应力,随着冷却时间的延长,马氏体数量增多,试样表面开始出现较大的切向拉应力,并保持到室温.

高强铝合金表面强化工艺研究

铝合金表面强化包括喷丸强化、振动强化和滚筒强化 ,它们均使材料表面产生一层强化层 ,其深度约在 0 .0 7～ 0 .5mm。研究了滚筒强化处理后 7B0 4高强铝合金厚板的表面残余应力、硬化层深度和疲劳性能。试验结果表明 ,滚筒强化处理能明显提高 7B0 4铝合金厚板的疲劳性能。

超声滚压18CrNiMo7-6齿轮钢表面变质层性能分析

研究了18CrNiMo7-6齿轮钢超声滚压后表面变质层的性能和加工工艺。分别运用三维表面形貌测量系统、显微硬度计、超景深三维显微系统和高速大功率X射线残余应力分析仪等工具观察试样加工前后的表面变质层变化,并采用单因素试验分析试验数据,研究超声滚压工艺参数对试样表面变质层的影响。结果表明:经过超声滚压加工,表面粗糙度由未经超声滚压处理的3.003μm减少到0.468μm,显著的加工硬化在该材料表面形成,表面显微硬度从最开始的360.9 HV升高到442.9 HV,升高了22.7%,高硬度层达到了300μm;平整的表面在超声滚压加工后出现;在距离表面40μm处残余压应力形成峰值,其值约为-790.97 MPa。超声滚压技术显著提高了材料的变质层性能。

滚动轴承超精硬切削参数的优选方法体系

基于获得最长的滚动接触疲劳寿命 ,提出了滚动轴承耦合具体服役工况的超精硬切削参数的优选方法体系 .根据该体系优选的切削参数 ,在满足零件精度要求的前提下 ,能够使特定外载荷谱下的零件表面残余应力与赫兹接触应力进行合理匹配 ,使失效点处应力为最小 ,实现滚动轴承理论上的最长疲劳寿命 .以滚动轴承的典型工况为例进行验算 .结果表明 ,如果硬切削参数的优化结果仅仅以表面精度为约束条件 ,而不依据本文提出的方法体系 ,将导致零件的滚动接触疲劳寿命相差约

随焊冲击碾压整形对低匹配等承载接头硬度与残余应力的影响

随焊冲击碾压整形(weld shaping with trailing impact rolling,WSTIR)是一种能够降低应力变形、提高承载能力的随焊整形新方法.分别对原始焊态的低匹配等承载接头与随焊冲击碾压整形的低匹配等承载接头进行了硬度试验和残余应力试验.结果表明,随焊整形等承载接头焊缝表面、焊趾处表面的硬度显著高于原始焊态等承载接头的硬度,说明随焊冲击碾压整形对接头承载的关键区域有加工硬化的效果;随焊整形低匹配等承载接头各点的纵向和横向残余应力明显低于原始焊态等承载接头相应位置的纵向和横向残余应力,甚至在随焊整形接头的焊缝中心以及焊趾附近纵向均出现了残余压应力,残余压应力的引入必然能显著地提高低匹配接头承载能力.

表面超声滚压处理对AISI304不锈钢疲劳性能的影响

采用透射电镜、金相显微镜、便携式表面粗糙度测量仪、显微硬度测量仪和X射线衍射应力分析仪,研究了AISI304不锈钢传统车削加工和车削后SURP再处理的两种试样。分析了SURP试样表层特性的变化,通过旋转弯曲疲劳试验获取了两种试样的疲劳极限。结果表明:经SURP处理的试样粗糙度为0.19μm,传统车削试样的粗糙度为0.87μm,前者显微硬度在表层深度50μm处比后者提高了47%,残余压应力由-453 MPa提高到了-721 MPa,试样的疲劳极限由362 MPa提高到了434 MPa。

缺口滚压后组织强化的分离与模拟

采用了薄板轨制工艺，将薄板在不同的轨制力下轧制，从而使残余应力趋于零，对获得不同压下量且仅有组织变化的试样，分离了残余应力和组织强化的作用，通过不同变形量和滚压试样硬度和晶粒度对比，可模拟滚压分层组织，为单独研究组织强化对疲劳性能的作用提供了条件．

轴承滚道表面最佳残余应力计算及其强化处理

提高滚动轴承的疲劳寿命,按照等效应力假说,可用预加残余应力的方法调整等效应力使其为最小值。本文提出了最佳残余应力的计算方法;并设计了一种产生残余压应力的试验装置和工艺方法。

镁合金机轮滚压强化工艺

在分析现行滚压工艺的基础上,研究了工艺参数与残余应力之间的关系,设计了液压式滚压装置,并以大尺寸镁合金机轮做了试验,获得了初步结论。

表面超声滚压参数对轴承套圈表面性能的影响

为了研究超声滚压工艺参数对工业机器人轴承套圈表面性能的影响,选用目前工业机器人轴承常用材料为对象,选取主轴转速与静压力两个工艺参数进行试验,结果表明超声表面滚压加工对GCr15表面性能的提升具有很大的作用,其中表面粗糙度的提升随着主轴转速及静压力的增加而降低,但是静压力超过一定值时表面会产生裂缝,导致粗糙度增大;表面硬度提则随着静压力的增大而提高;表面残余应力在一定的静压力的情况下,会随着主轴转速的增加而降低。

轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触界面疲劳寿命的影响

为了预测轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触寿命的影响规律,基于高级非线性有限元分析软件MARC,建立了具有平面应变特征的二维滚动接触寿命预测模型,并在二维有限元模型的表面和次表面对应施加了轴承钢硬切削实验所测残余应力,模拟计算典型服役条件下的滚动接触应力;采用基于S-N寿命理论的Miner法则,计算轴承钢滚动界面的疲劳接触寿命,分析了在不同摩擦系数、滚动接触频率和外加载荷工况下,硬切削残余压应力对疲劳寿命的影响.结果表明,硬切削残余压应力可使轴承钢的滚动接触疲劳寿命提高10%~30%.其中,载荷对滚动接触疲劳寿命影响最大,摩擦系数的影响最小.

航空面齿轮热滚轧表层残余应力分析

为获得热滚轧成形参数对面齿轮表面残余应力的性质、大小以及分布的影响规律,根据航空面齿轮热滚轧成形加工实况,应用Deform-3D软件建立了面齿轮热滚轧有限元仿真模型,分析了不同成形参数下面齿轮表面残余应力的变化趋势。结果表明,热滚轧成形面齿轮齿顶呈现很小的拉应力值,两侧齿面呈压应力状态;从动侧齿根表面残余应力大于主动侧,压应力层深在1 mm左右,且压应力在深度为0.5 mm左右的位置达到最大值,为65 MPa;增大进给速度对工件齿廓表面残余应力的影响比增大滚轧转速大,且增大进给速度能够抑制齿顶残余拉应力的产生。最后,选择一组加工参数进行热滚轧试验,成形后使零件冷却至室温,并结合X射线衍射法和电化学腐蚀剥层法对面齿轮齿廓进行表面残余应力检测。通过对比试验结果与仿真结果,发现残余压应力误差为7%~10%,残余拉应力误差为10%~12.5%。

热滚轧面齿轮表层残余应力预测模型建立

为了预测热滚轧面齿轮齿廓表层残余压应力峰值大小和残余压应力层深度,利用DEFORM-3D有限元仿真软件对热滚轧面齿轮加工过程进行仿真,获得不同工艺参数组合下齿廓表层残余压应力峰值大小和残余压应力层深度。以仿真结果为数据样本,采用响应曲面法建立热滚轧面齿轮齿廓表层残余压应力和压应力层深度的预测模型,并以残余压应力峰值最大、残余压应力层深度最小为优化目标,得到最优工艺组合。以最优工艺组合为实际加工参数,对齿廓表层残余应力实测值与预测值进行对比分析可知,实测值小于预测值,最大误差不超过17%。表明所建立的预测模型可以实现对热滚轧面齿轮表层残余应力的测控。