添加中间层的TC2钛合金/321不锈钢真空扩散焊研究

目的以Cu箔、Ni箔为中间层,使用真空扩散焊工艺实现TC2钛合金与321不锈钢的焊接。方法采用扫描电子显微镜、EDS能谱仪、X射线衍射仪、冲击韧性实验机、显微硬度计等仪器研究了焊接温度、典型中间层材料等工艺参数对TC2钛合金/321不锈钢焊接界面微观结构、界面元素扩散、接头力学性能的影响规律。结果在添加中间层的扩散焊接头中,是否会形成界面区和扩散区以及界面区和扩散区的宽度,受焊接温度的影响,也受中间层和母材成分及性能的影响。在以Ni为中间层的TC2钛合金与321不锈钢真空扩散焊接头中,扩散区会产生AlNi_(3)、NiTi等新物相,当以Cu为中间层时,扩散区中会产生Cu_(0.81)Ni_(0.19)等新物相。在实验条件下,使用铜箔作为中间层的TC2钛合金与321不锈钢真空扩散焊接头的力学性能优于使用镍箔作为中间层的真空扩散焊接头的力学性能。结论在实验条件下,添加中间层的TC2钛合金/321不锈钢真空扩散焊的最佳工艺参数如下:真空度为10^(-4)Pa,焊接温度为820℃,焊接压力为15MPa,焊接时间(即保温时间)为90min,保压时间为240min,以Cu作为中间层。

基于3D打印构筑的高面间热导率氮化硼陶瓷的制备

氮化硼(BN)陶瓷具有高纵横比、耐高温、高导热和电绝缘性等优异性能,广泛应用于电子信息、航天航空、冶金、机械等领域。3D打印技术与传统加工方式相比具有低成本和省时等特点,是制备具有复杂三维结构陶瓷制件的重要成型技术。为此,基于自主研发的气压式新型直写3D打印材料成型平台,使用BN和聚乙烯醇(PVA)作为原料和粘结剂,制备了不同BN含量的陶瓷浆料,利用逐层堆积原理,设计并制备具有不同三维结构的陶瓷预制件,通过改变浆料的流变学特性,在打印过程中实现了BN二维纳米片在剪切力作用下的取向,得到了高面间热导率的陶瓷材料。研究了BN含量对陶瓷制件成型质量的影响,并且采用了XRD和SEM对打印得到的陶瓷材料的结构和微观形貌进行了表征。结果表明,BN/PVA 85浆料有着良好的剪切变稀特性和黏弹性,在线性黏弹性区的屈服应力达到240 Pa,适配于直写成型3D打印技术。BN在制件内部的水平取向度提高有助于增强陶瓷材料的面间热导率,其中,BN/PVA 85陶瓷制件的面间热导率约为4.3 W/(m·K)。

基于Inspire的FSCC赛车悬架立柱优化设计及CAE分析

零件轻量化是机械制造领域的重要研究方向。以中国大学生方程式汽车大赛BTR-X的悬架立柱作为例,在分析其实际受力情况的基础上,利用Altair inspire form软件以最大化刚度为目标对其进行了减重设计和拓扑结构优化。得到了带刹入弯工况条件下两种不同设计方案的应力、应变值及安全系数,并对比了其优缺点。结果表明,在最佳优化方案中,BTR-X悬架立柱最大有效应力为557.4 MPa,减重18.4%,提升了车辆的操稳性,实现了其轻量化的目标,对进一步提升FSCC赛车的性能有一定的参考价值。最后,通过选择性激光烧结成功实现了优化悬架立柱结构的3D打印成型,为FSCC赛车的轻量化设计及加工提供了新思路。

板料形状、压料筋的设置对汽车覆盖件成形中起皱和未充分拉深的影响

在汽车覆盖件成形工艺中,无论是对外观还是对功能的要求,起皱和未充分拉深问题是不允许出现的,因此对起皱和未充分拉深问题的预测和防止显得非常重要的。采用数值模拟技术可以在模具设计初期预测产品的几何形状,从而优化工艺参数以便获得高质量的成品。文章以eta/DYNAFORM有限元分析软件为平台,采用弹-塑性有限元法对DDQS钢进行数值模拟,得出相应的FLD曲线、起皱和未充分拉深区域。重点探讨了板料形状和压料筋的设置对起皱和未充分拉深区域的影响,得出了较好的解决方案。

铝型材挤出速度对模具磨损程度的影响

基于修正的Archard磨损理论,利用数值模拟技术分析挤压成形阶段模具各个测量点的瞬时温度、压力和速度场的分布,研究挤出速度对模具磨损程度的影响。结果表明:随着铝型材挤出速度的增加,模具各个测量点的磨损量都随之增加;由于模具工作带入口的正压力和温度均较其他部位大,使其磨损量也是最大的,故成为模具失效的主要区域;整个挤压过程有5 000个阶段,当挤出速度为10 m/min时,P15点的总磨损量为1.45 mm,计算结果与实际情况基本吻合,为挤压工艺的制定提供了理论依据和参考。

基于数值模拟的拉延筋约束阻力计算方法研究

在汽车覆盖件拉深成形中,拉延筋可以在较大范围内调节和控制板料的变形程度和变形分布,抑制多种成形质量问题的产生。其中,拉延筋几何参数起着重要的作用。本文以矩形拉延筋为例,建立了拉延筋约束阻力计算有限元模型,对拉延筋几何参数与约束阻力之间的关系进行分析研究。结果表明:拉延筋约束阻力与凹槽圆角半径和凸筋圆角半径成反比,与筋高成正比。结合某轿车B柱加强板实例,通过优化其拉延筋结构参数,得到当1号等效拉延筋高8mm、凸筋和凹槽圆弧半径3mm;2号等效拉延筋高4mm、凸筋和凹槽圆弧半径6mm时,该制件成形质量达到最佳。

基于BP神经网络的车身U形类冲压件成形回弹预测

基于MATLAB平台,将BP神经网络和数值模拟技术应用于冲压回弹预测中。采用三层BP神经网络建立基于变压边力的回弹预测数学模型,由正交实验法安排模拟实验组合,采用有限元软件进行冲压过程的数值模拟,并把端点处的Z向回弹量作为模型目标值。将模拟结果作为神经网络的输入样本对训练网络并建立网络知识源,得到了输入为工艺参数、输出为冲压回弹量的神经网络模型,并通过检验样本检验了ANN模型的准确性。实验表明:将神经网络与正交实验、数值模拟三者结合用于板料冲压参数优化可以明显缩短优化工艺参数的时间,提高工艺设计效率,同时在数值模拟实验次数一定的条件下,能获得比单纯使用正交实验和数值模拟方法更为精确的结果。

冲压回弹仿真结果的工艺知识发现技术研究

数值模拟技术已广泛应用到回弹预测研究中,但大量分析结果中存在许多隐含知识,目前还缺乏有效的方法对其进行深层次的归纳分析,从而造成了知识的浪费。本文针对铝合金U形件,结合变压边力技术对回弹量进行了大量的数值模拟实验,提出了一种基于粗糙集的工艺知识发现技术,并通过具体算例验证了方法的有效性,从大量实验数据中得到了冲压回弹的隐含知识。

直板手机跌落破坏数字化分析研究

自由跌落响应是电子产品环境试验的一个重要试验项目,多在产品开发后期进行。随着数字化技术的发展,可在产品设计阶段建立其有限元模型,通过模拟仿真分析得到产品各个零部件在跌落过程中的跌落响应和易产生缺陷的部位。本文结合某款直板手机,研究了跌落对手机外壳、屏幕等零部件的影响,并提出了改善措施。这对于更快捷地改善手机结构的合理性,减少整机物理样机实验次数,缩短产品研发周期有着重要的意义。

基于神经网络和遗传算法的冲压成形多目标优化技术

在冲压成形质量控制中,目标质量间常常是相互冲突的(如破裂和起皱)。传统求解多目标优化问题取决于设计人员对优化模型的理解程度、实践经验等,求解的结果在工程中并非为最合理。文章提出一种集数字化分析技术、神经网络和遗传算法于一体的冲压成形多目标优化设计技术。其以数字化分析的大量结果作为神经网络的学习样本,遗传算法所需的目标函数值由神经网络模型预测,该技术实现了多目标优化过程中遗传算法个体适应度值的动态求解,从而解决了数字化分析计算量大的缺陷。实例验证了该优化技术的有效性,为冲压成形优化设计提供了一种新的方法。

加工中心电主轴动力学分析理论建模与实验研究

电主轴作为加工中心赖以实现高速精密加工的核心功能部件,其动态性能的高低决定了机床的整体发展水平。传递矩阵法是目前转子动力学分析建模最有效的数学方法。作者基于传递矩阵法对加工中心电主轴进行动力学分析,并基于MATLAB进行了实例的数值计算,最后利用物理模态实验验证了该数学模型的有效性。得到以下结论:1)第1阶固有频率的误差约为1.2%,第2阶固有频率相差较大,达到12.9%;误差较大的原因是传递矩阵法属于集中质量理论,原本连续的模型被离散后,高阶频率的计算误差较大,因此该模型对于求解低阶模态参数是可靠的;2)传递矩阵法在建立的简化模型忽略了螺钉孔和键槽等不对称细节,因此传递矩阵法得到的固有频率要比物理实验少,即得不到对称振型。

矩形和半圆形拉延筋几何参数对拉深阻力的影响

对拉延筋的作用机理进行了研究,基于ANSYS建立拉延筋约束阻力计算有限元模型,研究了矩形和半圆形两种典型拉延筋结构参数对拉深阻力的影响规律。结果表明:两种拉延筋结构参数中筋高与凹槽圆角半径对拉深阻力的影响是一致的,即拉延筋约束阻力与凹槽圆角半径成反比,与筋高成正比。但凸筋圆角半径对拉深阻力影响是不一致的,矩形拉延筋拉深阻力与凸筋圆角半径成反比;而半圆形拉延筋拉深阻力随着凸筋圆角半径的增大,拉深阻力先缓慢增大然后又逐渐减少。

汽车轮毂件冲压成形断裂分析

板料冲压过程是一个非常复杂的塑性成形过程,许多因素都直接或间接影响着成形的结果。以Forge2D软件为平台,采用弹塑性有限元法对某一汽车轮毂零件的成形过程进行数值模拟,揭示零件冲压过程中板料的变形行为,预测冲压过程中可能出现的各种工艺缺陷,例如坯料的局部减薄和破裂,并以模拟结果为依据提出改进工艺参数的办法,优化工艺参数,可以减少调试和修模的次数,以此实现降低模具费用、缩短制模时间、提高产品成品率和材料利用率,最终达到减少产品成本的目的。在此基础上,对3种冲压工艺方案分别进行了数值模拟,对比研究了各方案的成形特点,得出了较好的成形工艺参数方案。

铝型材出口速度分布的数值模拟

铝型材挤压过程中的出口速度,是模具优化设计的重要参数之一,型材出口速度不均的原因之一是模具设计不当。为了获得高质量的挤压制品,对模具出口区域速度分布的研究是必须的。本文采用DEFORM3D对铝型材进行了3D模拟,获得了在模具制造之间铝型材的出口速度。数值模拟的结果得到了实验的验证,这对优化模具过程是非常重要的。

逆向创新设计与3D打印创新实践平台建设及运行机制研究

结合数字化技术,搭建了"逆向创新设计及3D打印"大学生科技创新实践平台,提出了该平台的建设内容及考核方式,研究了平台运行机制,总结了试运行该平台后取得的经验及成果。结果表明,该平台能有效解决现有众多创新平台面临的经费、师资、时间等问题。

加工中心电主轴复合“转子—轴承”系统动态特性研究

针对加工中心电主轴的结构特点和装配流程,研究了复合"转子—轴承"系统在约束边界下的动态特性和测试技术,并基于主轴端原点传递函数对比分析了有限元分析结果与约束模态测试结果。结果表明:所建立的分析模型和测试平台方法可行,能准确反映主轴在联机后的动态特性;分析模型和实验所测转子一弯、转子二弯分别对应的固有频率吻合程度较高,误差为0.57%左右;分析模型和实验所测主轴端原点传函曲线走势基本一致,吻合度高。建立的模型和测试平台能有效预测加工中心电主轴在与机床联机后的动态特性,为该系列电主轴的进一步智能优化设计和系统振动故障分析诊断与预报提供依据。

铝型材挤压模具CAD/CAE/CAM集成系统研究

论述了铝型材挤压模具CAD/CAE/CAM集成系统的特点,介绍了CAD/CAE/CAM技术的应用现状,提出了CAD/CAE/CAM一体化导示图,指出了CAD/CAE/CAM集成系统的发展方向。

基于粗糙集的冲压成形数字化分析知识发现方法

冲压成形数字化分析的大量结果中,存在许多隐含知识,但目前还缺乏有效的方法对其进行深层次的归纳分析,从而造成了知识的浪费。文章研究了一种基于粗糙集的知识发现方法,并详细论述了采用所提出的知识发现方法,从冲压成形过程数字化分析结果数据中提取新的工艺知识,并结合方形盒实例,验证了该方法的有效性,为冲压成形领域的知识发现提供了一条有效的新途径。

加工中心电主轴整机动力学有限元建模与实验研究

对加工中心电主轴整机"主轴-轴承-电动机-轴承座"等进行动力学有限元建模,并通过物理实验对整机模型进行了验证。对比有限元分析结果与物理实验结果表明:前3阶固有频率吻合程度高,误差较小;频率在3 kHz以上时,误差显著增大。通过物理实验的验证表明:建立的有限元模型在预测电主轴低阶固有频率是有效的,该分析模型对主轴的动力学响应、结构优化设计等有着重要的意义。

基于数值模拟的等效拉延筋设计与优化

拉延筋在汽车覆盖件拉深成形中起着十分重要的作用。利用拉延筋可以在较大范围内调节和控制板料的变形程度和变形分布,抑制破裂、起皱、面畸变等多种冲压质量问题的产生。在很多情况下,拉延筋的设置合理与否将决定覆盖件拉深的成败。文章借助eta/DYNAFORM软件,模拟某轿车B柱加强板在无/有拉延筋的模具上进行拉深的全过程,通过模拟结果分析比较,确定拉延筋的合理布局及数量,最后结合正交实验法,优化拉延筋的结构参数。