金属间化合物MoSi_(2)协同SiC晶须增韧Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的制备及切削性能

为进一步提高Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的强度和韧性,克服单一增韧方式以及金属粘结剂增韧的局限性,本工作利用金属间化合物协同晶须对其增韧补强,将MoSi_(2)颗粒和SiC晶须添加到Si_(3)N_(4)陶瓷基体中,制备出Si_(3)N_(4)/MoSi_(2)/SiC_(w)(SMC)复合陶瓷刀具材料。结果表明:SiC晶须的加入可以有效提高Si_(3)N_(4)陶瓷的断裂韧性,MoSi_(2)的加入可以显著提升Si_(3)N_(4)陶瓷的抗弯强度。连续干切削45#淬火钢时,相较于商用刀具YBC251,SMC复合陶瓷刀具的寿命及切削稳定性提升显著。其中,添加了SiC晶须的SMC3(MoSi_(2)10%(未作特别说明时均为质量分数),SiC_(w)10%)及SMC2(MoSi_(2)0%,SiC_(w)10%)刀具的寿命均比未添加SiC_(w)的SMC1(MoSi_(2)10%,SiC_(w)0%)更长。随着切削深度的增加,未添加MoSi_(2)的SMC2易出现崩刃现象,切削稳定性不如协同增韧的SMC3。

电磁场对激光熔覆镍基涂层组织性能的影响

目的研究稳态磁场作用下不同类型及大小的电场对激光熔覆Ni基涂层组织性能的影响,从偏析的角度对电磁场的影响进行研究。方法电磁场采用大小和方向相同的稳态磁场,以及不同大小的交流电场(AC)和直流电场(DC),在45钢表面采用电磁场辅助激光熔覆技术制备致密的Ni60涂层。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、往复式摩擦磨损试验机等手段检测涂层的元素偏析和组织性能。结果电磁场对熔池产生的搅拌作用会加速熔覆层的传热与传质,从而减少CrB、Ni_(2)B等物质的生成,减少熔覆层宏微观偏析,其中交流电场(AC)试样组的偏析程度低于电流相同的直流电场(DC)试样组。在摩擦磨损实验中,AC200试样具有最低的平均摩擦因数(0.323),磨损量也在整组试样中最低,比未添加电磁场的试样低39.3%。AC200试样具有最高的自腐蚀电位(−185 mV)、最低的自腐蚀电流密度(6.01μA/cm^(2)),其抗腐蚀性能在整组试样中最佳。AC试样的性能优于对应电流的DC试样。结论电磁场辅助激光熔覆可以明显减少涂层的宏微观偏析,从而提高涂层的性能,在AC200条件下制备的涂层的耐磨损性能和抗腐蚀性能最佳。

稀土氧化物La_2O_3/Y_2O_3增韧补强ZTA陶瓷材料及其耐磨性能研究

针对单一相ZrO_2增韧Al_2O_3(ZTA)陶瓷在提高韧性的同时不能合理兼顾其耐磨性能,利用稀土氧化物能促进复合陶瓷材料热压烧结的工艺特点,将La_2O_3/Y_2O_3添加到ZTA陶瓷材料中,XRD衍射图谱表明:La_2O_3/Y_2O_3的添加可以有效阻碍ZrO_2不稳态晶型相变,促进介稳态t-ZrO_2的形成。当添加量为4%(质量分数)时,烧结后晶粒分布最为均匀,致密程度高,其维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性分别比相应未添加稀土氧化物的ZTA材料提高了8%、21%、33%,且La_2O_3与Al_2O_3会发生原位反应生成片状LaAl_(11)O_(18),这种片晶不仅可以阻碍Al_2O_3、ZrO_2颗粒长大,还可通过晶粒拔出等增韧机制提高材料韧性。摩擦磨损试验结果表明:稀土氧化物的添加能提高ZTA陶瓷材料的耐磨性能,添加量为4%时其磨损率最低。

MoS_2基固体润滑剂微织构自润滑刀具切削性能的研究

采用激光加工方法在硬质合金刀具的前刀面加工不同形状的微织构,并填充不同的固体润滑剂,对制备的微织构自润滑刀具以及传统刀具进行干切削304奥氏体不锈钢的对比试验。试验结果表明,与传统硬质合金刀具相比,微织构自润滑刀具能显著地降低切削力,减小前刀面摩擦系数,降低切削温度,减少刀具前刀面的磨损。选用MoS_2/Sb_2O_3复合固体润滑剂能更好地提高微织构刀具的切削性能,减少切屑的粘结。

高速加工热缩加长刀杆与刀具配合径向夹持刚度分析

建立热缩加长刀杆与刀具配合的有限元模型,给出一种合理确定模型中接触刚度系数的有效方法。随后对不同过盈量、夹持长度及主轴转速对热缩加长刀杆与刀具配合的径向夹持刚度的影响进行分析。最后在建立径向夹持刚度测量方法的基础上,对有限元分析结果进行验证。结果表明,合理的接触刚度系数是正确建立热缩加长刀杆与刀具配合有限元模型的关键;热缩加长刀杆与刀具配合间存在有合理的配合过盈量与夹持长度,以保证配合间夹持均衡而具有很好的夹持刚度,又不至使刀杆强度超过其屈服条件而降低刀杆的使用寿命和精度;当转速超过一定范围时,应考虑离心力对热缩加长刀杆与刀具配合径向夹持刚度的削弱作用。

热缩刀杆装夹温度的影响因素

为得到热缩刀杆与刀具配合公差与其最小装夹温度之间的精确关系,对影响刀杆接触面最小热位移差值的感应加热长度、热缩刀杆壁厚、锥角、配合长度、内径等因素进行了研究。采用ANSYS参数化设计语言,构建具有过盈特征的刀杆与刀具配合的参数化有限元模型,通过试验验证了模型的可靠性。通过获取热缩刀杆接触面的位移分布,结合刀杆与刀具接触状态的表征方法对接触面上最小热位移差值进行了计算。计算结果表明,配合面最小热位移差值随着热缩刀杆壁厚、配合长度、锥角的增加而减小,随着内径的增大而增大,且适当增大感应加热长度也有利于刀具的装夹。最终建立了配合公差所对应的过盈量?与最小装夹温度T之间的计算关系式,对刀具在热缩刀杆中的装夹及刀杆的结构设计提供理论指导。

高速加工热装式加长刀杆与刀具配合的力学特性分析

简要介绍了高速加工热装式刀具夹持系统,借助非线性有限元分析技术,对高速旋转状态下热装式加长刀杆与刀具配合的压力、变形与接触应力等力学特性进行了分析,结果表明在高转速下,刀杆与刀具配合的力学特性及夹持状态是初始过盈量与因转速而产生的离心力的共同作用的结果,但因热装式加长刀杆与刀具配合的小直径特性,配合特性与夹持状态主要取决于初始过盈量,可视为非线性接触问题来求解。在此基础上进一步给出了热装式加长刀杆与刀具配合的合理过盈量的控制方法与流程,对热装式刀杆的合理设计和选用具有一定的现实指导意义。

热缩加长刀杆与刀具配合的接触特性分析

借助非线性有限元分析技术分析了初始过盈量、配合长度、配合直径以及高速旋转状态下的离心力对热缩式加长刀杆与刀具配合的等效应力、接触变形与接触压力等的影响。结果表明刀杆对刀具的稳定、可靠、高精度夹持取决于合理的过盈量与配合长度;在主轴转速低于20000 r/m in时,因热缩加长刀杆与其实现过盈配合的刀具的直径都比较小,接触特性主要取决于初始基本过盈量;而当主轴转速高于20000 r/m in时,应充分考虑到离心力对刀杆与刀具过盈配合的削弱作用。在此基础上进一步给出了热缩加长刀杆与刀具配合的合理过盈量与配合长度的控制方法与流程,对热缩式刀杆的合理设计和选用具有一定的现实指导意义。

石墨烯/纳米Al_(2)O_(3)增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al_(2)O_(3)增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al_(2)O_(3)对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al_(2)O_(3)的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al_(2)O_(3)含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^(1/2)。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^(-6)mm^(3)/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。

高速加工热缩加长刀杆与刀具配合铣削力预测

根据热缩加长刀杆与刀具配合精加工与半精加工的特点,利用反向传播神经网络(BPNN)建立高速加工热缩加长刀杆与刀具配合的铣削力模型。模型除了考虑6个主要影响铣削力的加工条件外,还将时间参量引入输入向量,实现了三向铣削力的瞬态预测。通过大量的加工实验获得网络所需的训练和检验样本,并通过编制Matlab程序实现了网络性能评价和网络参数优化。检验结果表明,铣削力预测结果与实际测量结果之间具有很好的一致性,三向分力的平均预测误差均小于0.18,在预测效率和精度上均优于通常所用的解析模型,并具有很好的扩展性能。

Si_(3)N_(4)/MoSi_(2)/SiC_(w)复合陶瓷刀具材料力学性能及其摩擦磨损性能

采用真空热压烧结技术,在1650℃下制备了不同MoSi_(2)、SiC_(w)含量的Si_(3)N_(4)/MoSi_(2)/SiC_(w)(SMC)复合陶瓷刀具材料。研究了粘结相MoSi_(2)及增强相SiC_(w)含量对Si_(3)N_(4)/MoSi_(2)/SiC_(w)复合陶瓷刀具微观组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,随着粘结相MoSi_(2)含量的增加,陶瓷刀具材料的抗弯强度不断增加,抗磨损能力逐渐下降,磨损形式由磨粒磨损逐渐向黏着磨损转变;随着增强相SiC_(w)含量的增加,陶瓷刀具材料的断裂韧性不断增加,抗磨损能力显著提升,磨损形式由黏着-磨粒复合磨损逐渐向磨粒磨损转变。当MoSi_(2)与SiC_(w)含量同时为10%(质量分数)时,晶粒尺寸较小,材料的致密度较高,增强了晶须的桥接与拔出效应,因此力学性能较好。此时,抗弯强度为888.21MPa,断裂韧性为10.22MPa·m^(1/2),硬度为19.17GPa。

基于梯度结构的Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)陶瓷刀具材料的制备及其力学性能

采用真空热压烧结方式制备了Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)梯度复合陶瓷刀具材料,并对ZrO_(2)含量及梯度结构层厚比进行了优化。层厚比为2.0的AZE20梯度复合陶瓷刀具材料维氏硬度为(18.7±0.33) GPa,抗弯强度为(937±28.5) MPa,断裂韧性为(8.2±0.32) MPa·m^(1/2),相比最佳ZrO_(2)含量的均质复合陶瓷刀具材料AZ20,维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别增加了22%、37.8%和43.8%。梯度结构的设计使表层形成残余压应力,晶粒得到一定程度的细化,更多的ZrO_(2)晶粒因残余压应力尺寸稳定在t相ZrO_(2)晶粒尺寸。在复合材料断口形貌中发现,其断裂方式为表层穿晶断裂和中间层沿晶断裂的结合,这种混合断裂方式使刀具整体力学性能得到提高。

材料冲蚀磨损的数值模拟研究现状及展望

总结了几种经典的冲蚀磨损理论模型,分析了各个模型的优缺点,认为至今仍没有一个公认的普遍适用的理论模型可用于预测材料的抗冲蚀性能。综述了国内外冲蚀磨损数值计算模型,发现以往的冲蚀数值模型很少涉及到温度对冲蚀的影响,对多粒子冲蚀的模拟与实际工况仍存在较大差距。介绍了冲蚀模拟中对冲蚀模拟的准确性具有至关重要作用的关键技术,包括材料本构模型、失效准则、数值计算算法,接触计算算法等,最后提出了冲蚀磨损今后的研究和发展方向。

碳纤维增强复合材料低温冷风磨削试验研究

采用SD80N100B金刚石砂轮开展了单向碳纤维复合材料的低温冷风磨削与常温干式磨削的对比试验研究,探讨了低温冷风与磨削参数对碳纤维复合材料磨削性能的影响。采用扫描电镜与超景深电子显微镜观察了磨削后的表面形貌和亚表面损伤情况,并分析了表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:与常温干式磨削相比,低温冷风磨削的磨削力增大,表面粗糙度减小;在低温冷风和常温干式两种磨削方式下,纵向90°磨削较其他磨削方向的磨削力更大,表面粗糙度更小。

微织构自润滑刀具干切削0Cr18Ni9奥氏体不锈钢的切削性能

采用激光加工方法在硬质合金刀具的前刀面加工出微织构,并在微织构中填充固体润滑剂制成微织构自润滑刀具;使用微织构自润滑刀具、微织构刀具以及传统硬质合金刀具分别对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢进行干切削试验,并对比了它们的切削性能。结果表明：与传统刀具相比,微织构自润滑刀具能有效提高切削性能（主切削力减小了8%~16%,切削温度降低了15%~24%）,增加切屑的曲卷,改善刀具的粘着磨损现象。

基于固体润滑剂与原位反应双机制自润滑陶瓷刀具

采用真空热压烧结工艺,以Al2O3/TiB2为基体、CaF2为添加剂制备了Al2O3/TiB2/CaF2(ABF)自润滑陶瓷刀具,并对其进行了摩擦磨损试验和淬硬钢干切削试验。在摩擦磨损试验过程中,测定了4种不同CaF2含量的ABF陶瓷材料样品。摩擦磨损试验结果表明,ABF材料的平均摩擦因数随着CaF2含量的增加而减小,这是因为固体润滑剂CaF2在磨损过程中生成的润滑膜起到了一定的减摩作用。将ABF刀具和普通陶瓷刀具(AG2)在120m/min切削速度下对45淬硬钢进行干切削试验,切削试验结果表明,ABF前刀面的平均摩擦因数比AG2陶瓷刀具前刀面的平均摩擦因数要显著偏小,主要原因是ABF自润滑陶瓷刀具在高速切削时,固体润滑剂CaF2和自身TiB2的原位反应同时生成了润滑膜,这种双重机制下生成的润滑膜具有极佳的润滑性能,其润滑效果随温度和切削速度的增加而显著提高。

基于激光熔覆的35CrMo钢轴类零件修复再制造

针对轴类零件的工作条件,采用激光熔覆的方法,在35CrMo钢表面熔覆3540铁基合金粉末和Ni00镍基合金粉末,借助光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计等实验设备,研究了熔覆层的形貌、组织特征及显微硬度;通过拉伸实验设计,研究了熔覆层、熔覆层与基体之间的结合强度。研究分析结果表明,两种合金粉末都与基体形成了良好的冶金结合,无明显裂纹或气孔,熔覆层组织致密,晶粒细小。采用3540合金粉末制备的熔覆层的显微硬度高于Ni00合金粉末试样的熔覆层,而在熔覆区与熔合区交界处两种熔覆材料试样显微硬度差别不大,都明显高于基体的硬度,有利于提高零件的耐磨性。拉伸试验结果显示,3540合金粉末和Ni00合金粉末制备试样的平均抗拉强度分别为637.6 MPa和614.7 MPa,在进行拉伸实验过程中,断口出现在中间熔覆层,说明熔覆层与基体间实现了良好的冶金结合,拉伸过程没有出现明显的屈服现象。

基于离散萤火虫算法的自由曲面测量序列规划

为了解决接触式测量序列规划问题,建立了该问题的等效旅行商模型,并利用萤火虫算法对该模型进行求解。对萤火虫算法进行了离散化操作,提出一种新的萤火虫距离表征方法适用于测量序列规划问题,同时对离散萤火虫算法迭代规则和随机搜索方式进行改进,得到一种改进型离散萤火虫算法;建立了综合路径长度、路径光滑度和触头旋转距离三个评价指标的适应度函数,并以叶片型零件为例,进行了离散萤火虫算法和改进型离散萤火虫算法对比实验,验证了改进型离散萤火虫算法的有效性以及适应度函数的合理性;最后以另一自由曲面零件为例,将改进型离散萤火虫算法和遗传算法进行对比,结果表明了改进型离散萤火虫算法的优越性。

钕加入量对Cr12MoV模具钢表面激光熔覆镍基合金层组织和性能的影响

采用CO2横流激光器通过预置粉末方式,在Cr12MoV模具钢表面熔覆了添加稀土钕元素的镍基合金熔覆层;通过X射线衍射仪、扫描电镜、显微维氏硬度仪、摩擦磨损试验机等研究了稀土钕元素的添加量对镍基合金熔覆层显微组织和性能的影响。结果表明:加入1.5%钕(质量分数,下同)的熔覆层中枝晶生长的方向性减弱,组织趋向均匀,耐磨性能得到明显改善;加入2.5%钕的熔覆层组织更加致密,并且表现出最优的摩擦磨损性能;加入3.5%钕的熔覆层中出现组织变大的趋势,粗大硬质相颗粒增多,并且有气孔产生,熔覆层性能下降明显。

基于IWD算法的多目标混合品种装配线平衡问题

为简化混合装配平衡问题的求解,进而提高装配线的生产效率,在兼顾产品切换引起负荷波动的基础上,综合工作站数、工作负荷平衡和任务关联度三个优化目标,提出一种求解多目标混合品种装配线平衡问题的改进型IWD(intelligent water drop)算法。对IWD算法的节点转移规则进行改进,加入最大概率引导规则和随机搜索规则;采用Pareto占优的方式对解进行分层以获得前沿解集,并根据分层结果给每个粒子提供一个启发值,依据启发值实施全局更新,增加算法的全局搜索能力;通过测试各种标准问题,验证了改进型IWD算法比遗传算法的求解速度更快、效率更高。