电磁式磁力滚压是一种将电磁技术和滚压技术结合的新技术用以提高长圆不锈钢管内表面质量。电磁式磁力滚压加工系统的启动是影响加工效率和加工效果的主要因素之一。通过对电磁式磁力滚压加工启动过程进行理论分析确定出系统启动需要满足的条件;利用Ansoft对启动过程进行仿真,得到不同启动频率下长圆不锈钢管磁力滚压启动参数;搭建试验平台进行磁力滚压加工启动试验,得到不同启动频率下磁力滚压加工系统启动瞬时最高温度及启动后稳定运行的温度数据。结果表明在满足启动力学和热学条件的情况下,电磁式磁力滚压加工系统能启动的频率范围为(4~9)Hz,系统启动并稳定运行的最佳频率为9Hz,启动时间为1.2s,提高了启动效率并为持续加工奠定了基础。

复合材料辊是用于冷轧生产线平整环节去除板材表面油液和杂质的挤油辊,本工作通过ABAQUS软件对单颗粒磨粒磨削复合材料辊进行仿真,分别得出了主要磨削参数对磨削力和磨削温度的影响,并通过正交极差分析法综合得出了磨削参数对两者的影响程度。结合有限元分析的结果,进行了复合材料辊表面磨削试验,试验表明,选用有限元分析初选的磨削工艺,可以极大的改善复合材料辊表面粗糙度,表面粗糙度从约8降低至3.213,说明了使用白刚玉砂轮对复合材料辊干磨削是可行的,能得到良好表面粗糙度的辊面。并通过SEM扫描电镜对磨削前后的辊面进行了对比分析,得出了不同磨削参数的表面纤维状态,发现表面纤维状态在磨削参数为加工后纤维质量更好,表面存在的烧灼点和残留的纤维杂质更少。

针对流体磨料加工喷孔过程中的磨粒容易团聚并沉积、堵塞微小喷孔流道的问题。在磨料流加工中辅助超声振动,利用振动产生的空化效应使团聚的颗粒炸裂、分离,促进粘弹流体和磨粒的均匀混合,解决加工微喷孔加工过程易堵塞的难题。通过试验对比加超声振动与不加超声振动下的加工压力和喷孔的锥度变化等状态,分析超声空化效应的作用效果。结果表明空化效应产生的高压足以碎裂堵塞的磨粒团,施加超声振动时磨料加工压力降低,喷孔锥度增加;说明超声空化效应可以抑制喷孔堵塞。

SiCp/Al的硬脆性使其在微孔钻削中很难形成高质量表面,且孔出口崩边严重。提出在扩孔钻削的基础上施加轴向超声辅助对SiCp/Al进行微钻削加工。文章分析了超声辅助微钻削的断续切削条件以及主切削刃与横刃在微钻削过程中的切削状态,采用传统钻削,超声辅助钻削,扩孔钻削,扩孔超声辅助钻削等四种切削工况分别加工f0.9mm,2mm深的通孔,对比微孔钻削力、孔壁质量和孔出口质量。结果表明施加轴向超声辅助微钻削对孔的内壁质量有较明显改善,但崩边情况仍然严重。扩孔加工可有效抑制孔出口的崩边情况,但在同等参数条件下孔内壁质量比超声辅助钻削所得孔壁质量差。相比其他工况,利用超声辅助扩孔钻削加工所得的孔的综合质量最高。

针对电磁式磁性珩磨系统温升较大,持续加工困难等问题。在保证磁性珩磨系统输出转矩可满足正常启动加工的前提下,对珩磨系统启动输入与稳态输入进行优化。在Maxwell中建立珩磨系统的电磁场计算模型,分析计算磁性珩磨系统所需电磁转矩;以电磁学理论为基础,采用有限元法对磁性珩磨系统电磁转矩进行分析;得到珩磨系统启动和稳态时电磁转矩与输入电压的函数关系,依据经验公式对系统输入参数进行合理的选取;对优化后系统的损耗进行分析计算,并于优化前系统损耗进行对比;通过珩磨系统可持续性加工试验,验证了计算方法和结果的准确性。研究结果表明优化输入后系统损耗约减少了27.9%;系统稳态时温度由80.3°降低到61.2°。优化输入可有效降低珩磨系统的温升,保证系统加工可持续性。

冷轧板材生产线上,具有多孔结构和高摩擦系数的复合材料挤油辊已基本取代橡胶辊,影响其除油效果的主要因素是压缩变形量,因此需研究复合材料挤油辊受力压缩和除油效果的关系。首先对挤油辊受力压缩进行理论分析;然后使用ABAQUS对试验用和实际两种不同尺寸复合材料挤油辊进行仿真,确定其压缩变形量与所受压力关系曲线;最后利用挤油试验平台通过对试验用挤油辊进行静态压缩以及除油试验修正关系曲线,得到修正系数为0.9。研究表明实际工况下,复合材料挤油辊转动周期应大于0.232s,对应带材平动最高速度为61.75m/s;除油后带钢表面油膜厚度最小值为0.8g/m2,带钢表面质量有所提高;复合材料挤油辊承受压力约为6250N时,即可达到最佳除油效果。

运用ABAQUS/Explicit对颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)进行0.5mm微孔钻削有限元仿真,通过研究网格尺寸和质量放大系数对钻削力结果的影响,优化微孔钻削仿真的参数,模拟主轴转速和进给速度对钻削力的变化规律、钻屑的形成及其形貌的作用规律。基于仿真结果设置主轴转速和进给速度,进行SiCp/Al复合材料微孔钻削试验。结果表明选取合适的单元尺寸和质量放大系数可明显提高仿真精度;低主轴转速、大切削厚度会产生较大的碎片状钻屑,使排屑困难;仿真时采用材料均质化模型会带来一定的误差。

为研究当每齿进给量小于刀具刃口半径时,每齿进给量对微铣削力变化规律及已加工表面形貌的影响,使用两刃平底硬质合金微铣刀对体积分数为30%的铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al)进行了微铣削试验。研究表明当每齿进给量小于刃口半径时,总铣削力随着每齿进给量的增大呈现先增大后减小再增大的趋势;已加工表面存在基体涂抹、微裂纹、颗粒破碎、浅凹坑、孔洞和划痕等表面缺陷,并随着每齿进给量呈现出一定的规律。

运用fluent软件对微孔近壁面处的磨粒相对壁面的压强和速度进行分析计算,求得在微孔壁面处沿轴线方向的速度和压强,在轴向方向上微孔壁面处的速度变化不大,而在轴向方向上微孔壁面处的压强呈逐级递减的趋势,通过切削经验公式Preston方程计算得到磨粒在不同时间下对微孔长度方向上的材料去除量,与相同实验参数下的加工成形的倒锥角微孔进行对比,仿真结果与实际加工中的微孔的倒锥角相吻合。从而实现控制加工时间来实现不同微孔倒锥形角度的加工成形研究。

通过将流体磨料充满圆孔工件中,用活塞推动磨料在圆孔中流动,活塞挤压一个行程为一个循环。同一工件用同一种流体磨料循环加工,对同一点可测试其直径的变化量;并将此测量点的直径变化量代入修正过的基于软性磨料流加工微孔的Preston方程的k_p参数公式;并对不同质量分数下的软性磨料流基于Preston方程的k_p参数进行了测定与计算。通过分析不同质量分数下的软性磨料流的k_p参数,得出：随着磨料质量分数的提高,软性磨料Preston方程的kp参数也随之不断增加,表现为对微孔表面的材料去除能力也越来越强。随着磨料质量分数的提高,软性磨粒流的材料去除率越大。