基于关重件蠕变分析的坐标镗床精度退化建模及可靠性评估
发布时间：2021-10-14 18:49
国产数控坐标镗床在制造业转型升级大环境下朝高端可靠化发展,对其关重件的设计及制造可靠性要求愈加严苛。产生于制造过程的残余应力随关重件服役时间释放致使其几何精度变化,是影响机床精度可靠性关键因素之一。目前机床残余应力分析大多用于时效处理评价,然而关重件残余应力与机床精度可靠性映射关系不明,导致残余应力消除标准无法量化的难题长期困扰着机床企业。为此,本文分析坐标镗床关重件残余应力分布,从关重件蠕变变形角度建立机床几何精度退化模型及评估机床精度可靠性,对调控优化现行关重件结构设计与制造工艺及提高坐标镗床的精度保持性具有较高的理论和工程意义。论文的主要研究内容有:（1）进行关重件制造过程中残余应力的连续仿真分析和试验跟踪检测。分析关重件铸造、粗加工、热时效环节残余应力有限元模拟与盲孔法试验的理论;对坐标镗床床身、立柱、滑板的铸造、一次热时效、粗加工及二次热时效制造过程残余应力进行连续数值模拟,获得坐标镗床关重件制造过程多工序残余应力变化规律。然后通过盲孔法试验分别对三个关重件四个制造环节中残余应力进行跟踪检测,并对比分析了残余应力仿真值和试验值,以验证有限元连续仿真的有效性。（2）仿真并分析坐...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数控卧式坐标镗床Fig.1.1CNChorizontalcoordinateboringmachine
1绪论5两类，有损的机械测定法主要有盲孔法、切条法与压痕法等，无损的物理测量法主要包括X射线法、超声波测量和磁测法等。目前残余应力测量应用广泛主要是盲孔法和X射线衍射法[38]。图1.2、1.3分别为盲孔法残余应力测量仪和X射线应力分析仪。盲孔法残余应力测量在1934年由德国J.Mathar首次提出；1950年Soete[39]使用电阻应变片有效提高了残余应力测量试验精度。1979年Ajovalasit[40]推导出盲孔法钻孔偏心时残余应力测量结果修正方程。国内学者对盲孔法残余应力测量工作开展了大量的研究。侯海量等[41]研究盲孔法孔边塑性对钢的残余应力测量结果影响，并推到出孔边塑性修正公式。王娜[42]发现逐渐扩孔方法可有效降低盲孔法测量时的钻孔附加应力。我国在2014年制定了盲孔法测量残余应力的国家标准GB/T31310-2014[43]。钱海盛[44]借助盲孔法测量并分析机床振动时效前后的床身重要安装面残余应力。然而有的被测物体无法使用盲孔法测量残余应力，需通过无损X射线法测定被测试件的残余应力，德国Machearauch在1961年最早使用X射线法进行应力测量[45]。2013年Ostapenko[46]用X射线测量了NiTi合金在电子束处理前后残余应力值。我国关于X射线应力测量研究工作开展也较早，曾国[47]通过X射线法对闭口冷弯型刚试件做了大量的试验研究，得出径厚比对闭口冷弯型钢残余应力分布影响较大。X射线测定方法经过逐年发展形成了试验标准规范，经多次修订，我国最新版X射线测定方法国家标准为GB/T7704-2017[48]。图1.2济南西格马盲孔法残余应力测量仪图1.3芬兰XStress3000X射线残余应力测量仪Fig.1.2JinansigmablindholeFig.1.3FinlandXStress3000X-rayresidualstressmeasuringinstrumentresidualstressmeasuringinstrument1.2.2金属零部件蠕变研究?
ㄊ褂妹た追ú饬坎杏嘤αΓ?柰ü?匏?X射线法测定被测试件的残余应力，德国Machearauch在1961年最早使用X射线法进行应力测量[45]。2013年Ostapenko[46]用X射线测量了NiTi合金在电子束处理前后残余应力值。我国关于X射线应力测量研究工作开展也较早，曾国[47]通过X射线法对闭口冷弯型刚试件做了大量的试验研究，得出径厚比对闭口冷弯型钢残余应力分布影响较大。X射线测定方法经过逐年发展形成了试验标准规范，经多次修订，我国最新版X射线测定方法国家标准为GB/T7704-2017[48]。图1.2济南西格马盲孔法残余应力测量仪图1.3芬兰XStress3000X射线残余应力测量仪Fig.1.2JinansigmablindholeFig.1.3FinlandXStress3000X-rayresidualstressmeasuringinstrumentresidualstressmeasuringinstrument1.2.2金属零部件蠕变研究现状蠕变是指在温度与载荷长时间作用下金属发生塑性变形的现象，与塑性变形不同的是，作用于构件的应力不必大于材料的屈服强度，只要应力作用时间足够长，零件亦会发生蠕变现象，引起的相应变形称为蠕变变形[49]。蠕变主要与应力、时间、温度三个变量相关，且应力越大、作用时间越长、温度越高时相应的蠕变变形量越大。根据构件所处环境差异温度可将其蠕变现象分为常温蠕变0.3mTT和高温
【参考文献】：
期刊论文
[1]TGK46100高精度数控卧式坐标镗床的研发和应用[J]. 张晓毅. 世界制造技术与装备市场. 2016(05)
[2]基于残余应力分析的加工中心定位精度保持性研究[J]. 马文硕,米洁,杨庆东. 中国机械工程. 2016(17)
[3]国产数控机床精度保持性分析及研究现状[J]. 马军旭,赵万华,张根保. 中国机械工程. 2015(22)
[4]数控车床进给系统基于模糊理论的故障树分析[J]. 张义民,肖洁,李常有. 哈尔滨工业大学学报. 2015(07)
[5]残余应力消除技术[J]. 张根保,张坤能. 制造技术与机床. 2015(04)
[6]基于竞争威布尔模型的加工中心可靠性评估[J]. 张根保,郭书恒. 计算机集成制造系统. 2015(01)
[7]基于多体系统理论的精密检测平台空间误差建模与补偿[J]. 张东旭,杨平,杨峰,王詹帅,谢银辉,郭隐彪. 兵工学报. 2014(04)
[8]数控机床基础大件精度保持性研究[J]. 胡敏,余常武,张俊,赵万华,寸花英,袁胜万. 西安交通大学学报. 2014(06)
[9]基于Gamma退化过程的机械零部件可靠性灵敏度方法[J]. 吕昊,张义民,王倩倩. 东北大学学报(自然科学版). 2013(11)
[10]国产数控机床可靠性技术综述[J]. 张根保,王立平. 航空制造技术. 2013(05)
博士论文
[1]精密卧式加工中心整机静动刚度正向设计方法研究[D]. 石一光.天津大学 2016
[2]基于多故障关联和精度退化的数控装备预防性维修决策研究[D]. 王远航.华中科技大学 2014
[3]复杂转子耦合系统有限元建模及其动力特性研究[D]. 费钟秀.浙江大学 2013
[4]精密薄壁回转体零件加工残余应力及变形的研究[D]. 刘海涛.哈尔滨工业大学 2010
[5]多道次辊弯成形冷弯型钢残余应力有限元仿真与实验研究[D]. 曾国.上海交通大学 2009
[6]航空铝合金残余应力及切削加工变形研究[D]. 唐志涛.山东大学 2008
[7]航空铝合金残余应力消除及评估技术研究[D]. 王秋成.浙江大学 2003
硕士论文
[1]数控龙门镗铣床横梁制造过程残余应力数值模拟与试验研究[D]. 李晓卓.重庆大学 2018
[2]振动时效消除残余应力的有限元分析和试验研究[D]. 郭灵智.湖南大学 2018
[3]床身蠕变下滚动直线导轨副的精度保持性研究[D]. 徐斌.南京理工大学 2017
[4]基于Wiener过程的铝合金铣削表面精度寿命预测[D]. 刘天宇.吉林大学 2016
[5]面向数控机床进给系统的剩余寿命预测[D]. 钱有胜.华中科技大学 2016
[6]机床床身铸造及热时效过程残余应力研究[D]. 刘杨.昆明理工大学 2016
[7]螺栓预紧序列与机床精度保持的相关性研究[D]. 吴嘉锟.大连理工大学 2015
[8]机床床身残余应力检测及振动时效研究与评价[D]. 钱海盛.昆明理工大学 2015
[9]高炉球墨铸铁冷却壁蠕变变形研究[D]. 王志刚.内蒙古科技大学 2014
[10]大型机床床身充型凝固及铸造热应力有限元分析[D]. 谭奇鑫.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3436661
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数控卧式坐标镗床Fig.1.1CNChorizontalcoordinateboringmachine
1绪论5两类，有损的机械测定法主要有盲孔法、切条法与压痕法等，无损的物理测量法主要包括X射线法、超声波测量和磁测法等。目前残余应力测量应用广泛主要是盲孔法和X射线衍射法[38]。图1.2、1.3分别为盲孔法残余应力测量仪和X射线应力分析仪。盲孔法残余应力测量在1934年由德国J.Mathar首次提出；1950年Soete[39]使用电阻应变片有效提高了残余应力测量试验精度。1979年Ajovalasit[40]推导出盲孔法钻孔偏心时残余应力测量结果修正方程。国内学者对盲孔法残余应力测量工作开展了大量的研究。侯海量等[41]研究盲孔法孔边塑性对钢的残余应力测量结果影响，并推到出孔边塑性修正公式。王娜[42]发现逐渐扩孔方法可有效降低盲孔法测量时的钻孔附加应力。我国在2014年制定了盲孔法测量残余应力的国家标准GB/T31310-2014[43]。钱海盛[44]借助盲孔法测量并分析机床振动时效前后的床身重要安装面残余应力。然而有的被测物体无法使用盲孔法测量残余应力，需通过无损X射线法测定被测试件的残余应力，德国Machearauch在1961年最早使用X射线法进行应力测量[45]。2013年Ostapenko[46]用X射线测量了NiTi合金在电子束处理前后残余应力值。我国关于X射线应力测量研究工作开展也较早，曾国[47]通过X射线法对闭口冷弯型刚试件做了大量的试验研究，得出径厚比对闭口冷弯型钢残余应力分布影响较大。X射线测定方法经过逐年发展形成了试验标准规范，经多次修订，我国最新版X射线测定方法国家标准为GB/T7704-2017[48]。图1.2济南西格马盲孔法残余应力测量仪图1.3芬兰XStress3000X射线残余应力测量仪Fig.1.2JinansigmablindholeFig.1.3FinlandXStress3000X-rayresidualstressmeasuringinstrumentresidualstressmeasuringinstrument1.2.2金属零部件蠕变研究?
ㄊ褂妹た追ú饬坎杏嘤αΓ?柰ü?匏?X射线法测定被测试件的残余应力，德国Machearauch在1961年最早使用X射线法进行应力测量[45]。2013年Ostapenko[46]用X射线测量了NiTi合金在电子束处理前后残余应力值。我国关于X射线应力测量研究工作开展也较早，曾国[47]通过X射线法对闭口冷弯型刚试件做了大量的试验研究，得出径厚比对闭口冷弯型钢残余应力分布影响较大。X射线测定方法经过逐年发展形成了试验标准规范，经多次修订，我国最新版X射线测定方法国家标准为GB/T7704-2017[48]。图1.2济南西格马盲孔法残余应力测量仪图1.3芬兰XStress3000X射线残余应力测量仪Fig.1.2JinansigmablindholeFig.1.3FinlandXStress3000X-rayresidualstressmeasuringinstrumentresidualstressmeasuringinstrument1.2.2金属零部件蠕变研究现状蠕变是指在温度与载荷长时间作用下金属发生塑性变形的现象，与塑性变形不同的是，作用于构件的应力不必大于材料的屈服强度，只要应力作用时间足够长，零件亦会发生蠕变现象，引起的相应变形称为蠕变变形[49]。蠕变主要与应力、时间、温度三个变量相关，且应力越大、作用时间越长、温度越高时相应的蠕变变形量越大。根据构件所处环境差异温度可将其蠕变现象分为常温蠕变0.3mTT和高温
【参考文献】：
期刊论文
[1]TGK46100高精度数控卧式坐标镗床的研发和应用[J]. 张晓毅. 世界制造技术与装备市场. 2016(05)
[2]基于残余应力分析的加工中心定位精度保持性研究[J]. 马文硕,米洁,杨庆东. 中国机械工程. 2016(17)
[3]国产数控机床精度保持性分析及研究现状[J]. 马军旭,赵万华,张根保. 中国机械工程. 2015(22)
[4]数控车床进给系统基于模糊理论的故障树分析[J]. 张义民,肖洁,李常有. 哈尔滨工业大学学报. 2015(07)
[5]残余应力消除技术[J]. 张根保,张坤能. 制造技术与机床. 2015(04)
[6]基于竞争威布尔模型的加工中心可靠性评估[J]. 张根保,郭书恒. 计算机集成制造系统. 2015(01)
[7]基于多体系统理论的精密检测平台空间误差建模与补偿[J]. 张东旭,杨平,杨峰,王詹帅,谢银辉,郭隐彪. 兵工学报. 2014(04)
[8]数控机床基础大件精度保持性研究[J]. 胡敏,余常武,张俊,赵万华,寸花英,袁胜万. 西安交通大学学报. 2014(06)
[9]基于Gamma退化过程的机械零部件可靠性灵敏度方法[J]. 吕昊,张义民,王倩倩. 东北大学学报(自然科学版). 2013(11)
[10]国产数控机床可靠性技术综述[J]. 张根保,王立平. 航空制造技术. 2013(05)
博士论文
[1]精密卧式加工中心整机静动刚度正向设计方法研究[D]. 石一光.天津大学 2016
[2]基于多故障关联和精度退化的数控装备预防性维修决策研究[D]. 王远航.华中科技大学 2014
[3]复杂转子耦合系统有限元建模及其动力特性研究[D]. 费钟秀.浙江大学 2013
[4]精密薄壁回转体零件加工残余应力及变形的研究[D]. 刘海涛.哈尔滨工业大学 2010
[5]多道次辊弯成形冷弯型钢残余应力有限元仿真与实验研究[D]. 曾国.上海交通大学 2009
[6]航空铝合金残余应力及切削加工变形研究[D]. 唐志涛.山东大学 2008
[7]航空铝合金残余应力消除及评估技术研究[D]. 王秋成.浙江大学 2003
硕士论文
[1]数控龙门镗铣床横梁制造过程残余应力数值模拟与试验研究[D]. 李晓卓.重庆大学 2018
[2]振动时效消除残余应力的有限元分析和试验研究[D]. 郭灵智.湖南大学 2018
[3]床身蠕变下滚动直线导轨副的精度保持性研究[D]. 徐斌.南京理工大学 2017
[4]基于Wiener过程的铝合金铣削表面精度寿命预测[D]. 刘天宇.吉林大学 2016
[5]面向数控机床进给系统的剩余寿命预测[D]. 钱有胜.华中科技大学 2016
[6]机床床身铸造及热时效过程残余应力研究[D]. 刘杨.昆明理工大学 2016
[7]螺栓预紧序列与机床精度保持的相关性研究[D]. 吴嘉锟.大连理工大学 2015
[8]机床床身残余应力检测及振动时效研究与评价[D]. 钱海盛.昆明理工大学 2015
[9]高炉球墨铸铁冷却壁蠕变变形研究[D]. 王志刚.内蒙古科技大学 2014
[10]大型机床床身充型凝固及铸造热应力有限元分析[D]. 谭奇鑫.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3436661
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