当前位置:主页 > 科技论文 > 金属论文 >

基于定位强化感应加热技术的磨削表面残余应力控制研究

发布时间:2018-11-24 19:18
【摘要】:镍基高温合金Inconel718具有良好的高温强度和高耐蚀性能,广泛应用于制造航空工业特别是燃气涡轮发动机的高温构件。为了获得较高的尺寸精度和表面质量,常在其加工的最终阶段安排磨削工艺。然而磨削工艺往往会使零件的表面产成较大的残余拉应力,这对零件的疲劳强度和疲劳寿命非常不利。因此需要保证在磨削表面形成较小的拉应力甚至压应力,以提高加工零件的疲劳寿命。本文介绍了Inconel718合金的应用背景及现有加工工艺需求,从而引出本文所研究的主要问题是对其磨削表面残余应力进行主动调控。对国内外在磨削残余应力的形成原因、改善方法以及测量技术等方面的研究现状进行了综述和总结。基于降低工件表层及亚表层磨削温度梯度的原理出发,本论文提出一种复合磨削工艺,即利用控制良好的感应加热工艺将热源嵌入到工件亚表层,以实现主动调节镍基高温合金零件表面的磨削残余应力分布。首先分析了通过调控磨削梯度改变残余应力的形成机理,在此基础上提出亚表层加热温度的目标。采用无接触的感应加热结合表面冷却技术来实现内部温度的植入,并研究了定位强化感应加热原理以及聚能器在电磁热转换过程中的作用机理。基于有限元数值模拟技术与所搭建的感应加热实验系统,研究了影响感应加热过程的重要工艺参数,并建立了温度场分布的数学预测模型。通过实例分析和实验验证,证明了所建立的温度控制模型能够有效实现温度场的精确预测和调控。结合感应加热模型以及合适的磨削热分析模型,建立了集成新工艺系统的残余应力有限元数值分析模型。该新工艺过程分析及控制模型能够完成新工艺加工过程中工件层的温度场计算和应力场计算。为了实现最终残余应力分布状态的主动调控,建立了残余应力与重要工艺参数之间的响应曲面数学控制模型。并在此基础上,研究了残余应力的主动调控方法以及残余应力调控参数的优化分析。最后建立了感应加热辅助磨削集成工艺系统实验平台,并进行了大量的集成实验研究。结果表明,与普通磨削相比,新工艺下的磨削表层残余应力得到了较大的改善,进一步验证了本文所提出的通过温度梯度调控磨削残余应力机理的可行性。同时研究了影响最终残余应力分布的新工艺参数,并结合仿真分析结果,最终实现了集成工艺下残余应力的主动调控。
[Abstract]:Nickel base superalloy Inconel718 has good high temperature strength and high corrosion resistance. It is widely used to manufacture high temperature components of aeronautical industry, especially gas turbine engine. In order to obtain high dimensional accuracy and surface quality, grinding process is usually arranged in the final stage of machining. However, grinding process often results in large residual tensile stress on the surface of the parts, which is unfavorable to the fatigue strength and fatigue life of the parts. Therefore, it is necessary to form small tensile stress or even compressive stress on the grinding surface to improve the fatigue life of the machined parts. In this paper, the application background of Inconel718 alloy and the requirement of existing processing technology are introduced. Thus, the main problem studied in this paper is to regulate the residual stress of grinding surface actively. In this paper, the reasons for the formation of grinding residual stress, improvement methods and measurement techniques are summarized and summarized. Based on the principle of reducing the temperature gradient of workpiece surface grinding and subsurface grinding, this paper proposes a composite grinding technology, in which the heat source is embedded into the sub-surface layer of the workpiece by a well-controlled induction heating process. In order to realize active adjustment of grinding residual stress distribution on the surface of nickel-based superalloy parts. The formation mechanism of changing residual stress by controlling grinding gradient is analyzed, and the goal of subsurface heating temperature is put forward. The contact free induction heating combined with surface cooling technology is used to realize the implantation of internal temperature. The principle of the orientation enhanced induction heating and the mechanism of the accumulator in the electromagnetic heat transfer process are studied. Based on the finite element numerical simulation technology and the experimental system of induction heating, the important technological parameters affecting the induction heating process are studied, and the mathematical prediction model of temperature field distribution is established. Through the example analysis and experimental verification, it is proved that the established temperature control model can effectively predict and regulate the temperature field. Based on the induction heating model and the suitable grinding thermal analysis model, the finite element numerical analysis model of residual stress of integrated new process system is established. The new process analysis and control model can be used to calculate the temperature field and stress field of workpiece layer. In order to realize the active control of the final residual stress distribution, a mathematical control model of response surface between residual stress and important process parameters is established. On this basis, the active control method of residual stress and the optimization analysis of residual stress control parameters are studied. Finally, an experimental platform of induction heating assisted grinding integrated process system is established, and a large number of integrated experiments are carried out. The results show that the surface residual stress in the new grinding process has been greatly improved compared with the common grinding process, which further verifies the feasibility of the mechanism of grinding residual stress controlled by temperature gradient in this paper. At the same time, the new process parameters which affect the distribution of final residual stress are studied. Finally, the active control of residual stress under integrated process is realized by combining the results of simulation and analysis.
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG580.6

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;第12届全国残余应力学术交流会在武汉召开[J];理化检验(物理分册);2003年01期

2 陈鹏;振动消除宏观残余应力的机理研究[J];电焊机;2005年01期

3 ;第15届全国残余应力学术交流会第1轮通知[J];电镀与环保;2009年03期

4 ;第15届全国残余应力学术交流会于10月在重庆召开[J];中国表面工程;2009年03期

5 周喜来;蒋士杰;刘瑞光;;石化在役设备的焊缝残余应力的消除与控制[J];中国新技术新产品;2012年02期

6 ;第17届全国残余应力学术会议暨国际残余应力研讨会(第1轮通知)[J];中国机械工程;2013年08期

7 ;2013年全国残余应力学术会议暨国际残余应力研讨会将在上海召开[J];中国表面工程;2013年02期

8 高路;圆筒残余应力的测定法[J];化工设备设计;1979年04期

9 李广铎;苏建新;王维容;刘柏梁;;鞲鞴涨圈残余应力的测试与分析[J];机车车辆工艺;1982年05期

10 曾春华;;残余应力对疲劳的影响[J];机械强度;1984年03期

相关会议论文 前10条

1 陈超;潘春旭;;残余应力测量技术的现状和发展[A];湖北省第九届热处理年会论文集[C];2004年

2 游敏;郑小玲;;对接接头横向残余应力调控技术研究[A];中西南十省区(市)焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年

3 张小勇;楚建新;叶军;陆艳杰;刘鑫;;铜应力缓解层对陶瓷-金属连接残余应力的影响[A];电子陶瓷,陶瓷,,金属封接与真空开头管用管壳的技术进步专辑[C];2006年

4 郑杰;张显程;;高温环境诱导的表面强化处理残余应力的释放[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 朱丽娜;徐滨士;王海斗;王成彪;;相关技术在残余应力检测中的应用[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集(二)[C];2010年

6 潘勤学;栗勇;徐春广;肖定国;杨向臣;伍懿;;超声法焊缝残余应力检测技术研究[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年

7 任小平;刘怡;;一种无损测试焊接板件残余应力的方法[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2000年

8 游敏;郑小玲;;对接接头横向残余应力调控技术研究[A];湖北省暨武汉焊接学会成立二十五周年2005年焊接学术年会文集[C];2005年

9 宇慧平;韩长录;;超高强钢电阻点焊残余应力研究[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

10 郑永男;左翼;周冬梅;范平;袁大庆;朱升云;;正电子湮没方法研究材料中残余应力[A];第四届全国反应堆物理与核材料学术研讨会论文集[C];2009年

相关重要报纸文章 前6条

1 实习记者 王恒;控制残余应力——寻找加工变形的解决之道[N];中国航空报;2014年

2 陶萍萍;中建钢构用新技术消除钢板墙残余应力[N];现代物流报;2013年

3 ;残余应力与加工变形控制技术[N];中国航空报;2013年

4 ;抗疲劳制造工艺优化方案[N];中国航空报;2013年

5 ;残余应力与变形控制整体解决方案在航空铝合金锻件中的应用[N];中国航空报;2013年

6 蔺军 谢艳花;央视新楼钢构制作特点与加工工艺[N];建筑时报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 姜杰凤;高锁螺栓干涉安装及其对螺接结构力学性能的影响[D];浙江大学;2014年

2 宋文涛;残余应力超声无损检测与调控技术研究[D];北京理工大学;2016年

3 张峥;飞机弱刚性铝合金结构件的残余应力和加工变形控制技术研究[D];南京航空航天大学;2016年

4 李峰;基于定位强化感应加热技术的磨削表面残余应力控制研究[D];清华大学;2015年

5 刘海涛;精密薄壁回转体零件加工残余应力及变形的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

6 曹江;2A02高强度铝合金热加工残余应力研究及其数值模拟[D];西南石油大学;2014年

7 朱丽娜;基于纳米压痕技术的涂层残余应力研究[D];中国地质大学(北京);2013年

8 陶波;热压玻璃透镜里的残余应力研究[D];中国科学技术大学;2013年

9 宋以国;多焊缝管板结构焊接工艺与残余应力分析[D];哈尔滨工程大学;2013年

10 江小辉;残余应力生成机理及复杂薄壁件加工精度控制方法研究[D];东华大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 冯诚诚;Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜残余应力及疲劳性能的研究[D];华南理工大学;2015年

2 任喜强;热轧H700×300型钢残余应力的控制[D];河北联合大学;2014年

3 宋金潮;非调质钢棒材轧后冷却过程残余应力数值模拟及实验研究[D];燕山大学;2015年

4 翟紫阳;超高强钢厚板结构件MIG焊温度场应力场数值模拟及试验研究[D];南京理工大学;2015年

5 康玲;正交异性钢桥面板纵、横肋焊接残余应力数值模拟[D];西南交通大学;2015年

6 孙彦文;Q345B钢等离子-MAG复合焊工艺研究[D];西南交通大学;2015年

7 王晓臣;面向卫星零件工艺设计的拓扑优化技术研究[D];北华航天工业学院;2015年

8 刘何亮;U肋与顶板连接焊缝残余应力的三维数值模拟[D];西南交通大学;2015年

9 周鹏;微晶玻璃磨削表面的残余应力研究[D];苏州大学;2015年

10 张爱爱;基于SYSWELD的7A52铝合金双丝MIG焊残余应力分析[D];内蒙古工业大学;2015年



本文编号:2354740

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2354740.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户c2d67***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com