機械噴丸
關注創(chuàng)建者：不是真正的工程師 創(chuàng)建時間：2022-06-06
機械噴丸的實例教程
ABAQUS機械噴丸 ￥399
機械噴丸：
利用彈丸高速沖擊到靶材，使其表面產(chǎn)生塑性變形產(chǎn)生殘余應力以及加工硬化從而提高材料的強度和疲勞強度。
影響噴丸強度的工藝參數(shù)主要有：彈丸直徑、彈流速度、彈丸流量、噴丸時間等。彈丸直徑越大，速度越快，彈丸與工件碰撞的動量越大，噴丸的強度就越大。噴丸形成的殘余壓應力可以達到零件材料抗拉強度的60％，殘余壓應力層的深度通常可達0.25mm，最大極限值為１mm左右。噴丸強度需要一定的噴丸時間來保證，經(jīng)過一定時間，噴丸強度達到飽和后，再延長噴丸時間，強度不再明顯增加。在噴丸強度的阿爾門試驗中，噴丸強度的表征為試片變形的拱高。
隨機噴丸
ABAQUS支持的四種粒子生成的概率密度函數(shù)
正態(tài)分布 對數(shù)正態(tài)分布 均勻分布 分段線性分布
深度方向殘余應力圖
機械噴丸包括：單彈丸、多彈丸和隨機彈丸
文件中多彈丸的建模采用陣列彈丸建模，隨機彈丸的建模參考：
基于ABAQUS的python不同噴丸角度的隨機彈丸噴丸插件_Python腳本 abaqus模擬噴丸-技術鄰 (jishulink.com)
上述移動式機械噴丸模擬只作為參考，只作為演示，具體理論精確控制參考：
ABAQUS粒子生成器如何控制粒子的生成個數(shù)_abaqus dem模擬 ABAQUS-技術鄰 (jishulink.com)
粒子透明下塑性應變動畫
上述動畫參考付費文件的隨機噴丸的第二個speed70.inp文件以及inp修改的最新txt文件以及最為準確的解釋
展開 Python實現(xiàn)可變噴丸角度的隨機彈丸分布
噴丸是一種典型的強化手段，采用高速彈丸反復撞擊材料表面，使表層發(fā)生塑性變形，從而引入顯著殘余壓應力，增大零件表面硬度，細化晶粒，有利于提高材料的抗疲勞性能。
噴丸覆蓋率和噴丸角度作為噴丸工藝中最重要的工藝參數(shù)之一，直接影響噴丸工藝的加工質(zhì)量。覆蓋率C表示為被噴零部件表面上的彈痕面積與零部件總面積的比值，可通過阿夫拉米公式計算：
單彈丸模擬結(jié)果
r為單個彈丸撞擊后留下的彈坑半徑；N 為彈丸個數(shù)。
ABAQUS軟件作為一款強大的非線性軟件，在沖擊領域具有重要應用。本帖主要通過ABAQUS的python二次開發(fā)實現(xiàn)機械噴丸強化過程，并根據(jù)單彈丸噴丸后的結(jié)果結(jié)合阿夫拉米公式近似得到一定覆蓋率下的彈丸個數(shù)。
噴丸速度與噴丸強度有關，實際實驗中以ALMEN試片的弧高值表征噴丸強度，在模擬中以100%覆蓋率下的噴丸速度表征噴丸強度，下面是ALMEN試片噴丸后的變形特征。
ALMEN試片噴丸后的位移變化
下圖為通用機械噴丸插件，可以根據(jù)覆蓋率輸入彈丸參數(shù)：彈丸個數(shù)、彈丸大小，彈丸本插件采用的是可變形體，需要材料參數(shù)，噴丸角度以90度最佳，小角度噴丸在相同噴丸強度下容易出現(xiàn)損傷；靶材參數(shù)：靶材大小與靶材的材料參數(shù)。其次還有分析步時間以及網(wǎng)格大小，分析步時間其實可以通過噴丸速度與最高彈丸位置點計算，本插件仍然可以優(yōu)化，彈丸采用解析剛體減少計算量。
機械噴丸插件
下面是一些插件的案例。
展開 Abaqus 淺談粒子生成器的一些問題 ￥100
一、Abaqus粒子生成器的作用
Abaqus粒子生成器可以模擬生成大量的粒子顆粒，比如：機械噴丸，沙漏等。對于機械噴丸來講，以往文獻和科研論文更多的是模擬1個顆粒沖擊工件，然而，這并不符合現(xiàn)實，現(xiàn)實中，機械噴丸是通過噴丸機實現(xiàn)的，其可采用多個噴槍設計，噴槍設置位置不同，噴砂上下擺動，噴槍360度可調(diào)，保證產(chǎn)品表面均勻噴砂，無死角。
隨著Abaqus不斷的升級和完善，Abaqus 2016版開始支持粒子生成器，可以生成離散粒子單元（單元類型為PD3D）。
二、Abaqus粒子生成器的使用方法
目前，Abaqus只能通過編輯inp文件來實現(xiàn)粒子：
1. 先使用CAE文件編輯模型，包括一個面，工件和一個密封殼體（密封殼體是為了約束粒子顆粒，顆粒只能在殼體內(nèi)），還有2個振幅，然后，建立job，Write Input生成inp文件；
注意：生成粒子的面需定義密度：
*Surface Section, elset=Set-1, density=2.5e-08
另外，該面的網(wǎng)格密度不能太小，否則出不來粒子，參考網(wǎng)格尺寸和粒子直徑近似。
2. 編輯inp文件
1) 在inp的part模塊，添加以下文字
下面文字需定義在面part里面，用于定義粒子生成器的名稱、粒子數(shù)目、粒子集。
展開 激光沖擊強化是一種相對而言較新的機械表面處理方式。就目標而言它與機械噴丸強化類似：在材料的表面和近表面引入有益的殘余壓應力。激光沖擊強化使用高功率激光脈沖將表面電離成高壓等離子體，在一個透明的慣性約束介質(zhì)中（通常是水）進行操作。可以使用一種類似黑色鋁箔膠帶的犧牲性涂層作為熱保護覆蓋層來保護靶材表面的完整性。與機械噴丸相比，使用激光沖擊的制造優(yōu)勢是可控的準確性和精度，有害表面改性的減少和疲勞壽命的提高。隨著有限元技術的逐漸發(fā)展，激光沖擊殘余應力的演變得以可視化研究。傳統(tǒng)的建模方式通過GUI方式切分出特定形狀和大小的光斑面，然后在此光斑面施加隨時間（幅值曲線）和空間（解析場）變化的載荷，效率低，不適合多光斑的研究。ABAQUS軟件可以通過顯式VDLOAD或隱式DLOAD子程序二次開發(fā)進行單點/多點激光沖擊模擬，效率高。不同之處在于隱式相對計算時間長但是可以在第一步?jīng)_擊后直接在第二步進行回彈分析，無需進行數(shù)據(jù)傳遞來計算回彈過程。
本帖基于ABAQUS的VDLOAD/DLOAD子程序?qū)Ρ蕊@式/隱式算法下不同光斑形狀的應力和塑性應變。首先進行模型構建。
材料采用Ti-6Al-4V鈦合金，有限單元區(qū)賦予彈塑性參數(shù)，無限單元賦予彈性參數(shù)。具體參數(shù)如下：
密度：4.5e-9；彈性：1.2e5,0.34；塑性：A:1098 B:1092 C:0.014 n:0.93 參考應變率：1
裝配：全局坐標原點與有限單元頂點重合。
展開 需要激光噴丸和機械噴丸仿真教程文件資料的，可以私聊，可指導仿真調(diào)試
機械噴丸的相關專題、標簽、搜索
機械噴丸的最新內(nèi)容
就目標而言它與機械噴丸強化類似：在材料的表面和近表面引入有益的殘余壓應力。激光沖擊強化使用高功率激光脈沖將表面電離成高壓等離子體，在一個透明的慣性約束介質(zhì)中（通常是水）進行操作。可以使用一種類似黑色鋁箔膠帶的犧牲性涂層作為熱保護覆蓋層來保護靶材表面的完整性。與機械噴丸相比，使用激光沖擊的制造優(yōu)勢是可控的準確性和精度，有害表面改性的減少和疲勞壽命的提高。
機械噴丸插件
下面是一些插件的案例。
需要激光噴丸和機械噴丸仿真教程文件資料的，可以私聊，可指導仿真調(diào)試
一、Abaqus粒子生成器的作用
Abaqus粒子生成器可以模擬生成大量的粒子顆粒，比如：機械噴丸，沙漏等。對于機械噴丸來講，以往文獻和科研論文更多的是模擬1個顆粒沖擊工件，然而，這并不符合現(xiàn)實，現(xiàn)實中，機械噴丸是通過噴丸機實現(xiàn)的，其可采用多個噴槍設計，噴槍設置位置不同，噴砂上下擺動，噴槍360度可調(diào)，保證產(chǎn)品表面均勻噴砂，無死角。
實例講解-鋼丸撞擊金屬板
機械噴丸的模擬，其中設置金屬板邊界部分為無限單元。
（1）建立有限元模型，將金屬板的邊界partition切割，全部設置為C3D8R單元類型，修改邊界部分為C3D8I（邊界部分的單元類型和其他部分不一樣，方便下步統(tǒng)一更改為無限單元），如圖，建立job-write input 生成inp文件。
機械噴丸：
利用彈丸高速沖擊到靶材，使其表面產(chǎn)生塑性變形產(chǎn)生殘余應力以及加工硬化從而提高材料的強度和疲勞強度。
影響噴丸強度的工藝參數(shù)主要有：彈丸直徑、彈流速度、彈丸流量、噴丸時間等。彈丸直徑越大，速度越快，彈丸與工件碰撞的動量越大，噴丸的強度就越大。
噴丸設備的分類
噴丸強化設備主要有兩類：
一、機械離心式噴丸機，
適用于要求噴丸強度高、品種少、批量大、形狀簡單、尺寸較大的零件。
玻璃丸
噴丸的設備主要有兩種：
（1）機械離心式噴丸機，適用于要求噴丸強度高、品種少、批量大、形狀簡單、尺寸較大的零件。
（2）氣動式噴丸機(壓縮空氣式),適用于要求噴丸強度適中、形狀復雜、尺寸較小的零件。
以TC4 鈦合金為例，通常傳統(tǒng)機械噴丸最大殘余壓應力值約800MPa，壓應力層深度約0.25mm ；濕式噴丸最大殘余壓應力值和干式接近，但壓應力層深度較淺約為0.15mm ；激光噴丸最大殘余壓應力值約400MPa，壓應力層深度通常1mm 左右；高壓空化水射流噴丸強化殘余壓應力值達到1000MPa，殘余壓應力層深度約0.1mm。
該領域?qū)砬懈睢⒑附印⑷鄹病⑽?em>機械加工和噴丸強化應用等激光系統(tǒng)需求，而醫(yī)療、包裝和其他領域也有相應的激光應用需求。
高功率激光器市場(>2-3kW)也將實現(xiàn)增長，它們主要用于切割、焊接、熔覆和熱處理。高功率激光焊接將隨著汽車和其他領域的擴張而增長，而常用于模具修復和電池焊接等不同領域的低功率脈沖YAG/光纖激光焊接系統(tǒng)將隨著制造業(yè)的回升而不斷增長。
