安装误差对双圆弧齿轮啮合特性影响分析

为深入研究安装误差对双圆弧齿轮副啮合特性的影响,基于有限元法建立齿轮加载分析模型,研究啮合过程中单齿凸、凹齿廓的接触性能,对比分析安装误差对接触性能以及传动误差的影响规律。结果表明:啮合周期内,双圆弧齿轮的凹齿廓先接触且承担较大的法向接触力,但凸齿廓的啮入端接触应力最大,凸、凹齿面接触压力差与转矩成正比;安装误差对齿面接触性能影响较大,其中中心距误差容易引起齿轮分阶处应力集中,轴线平面的安装误差会引起齿面接触偏载,且对安装误差影响最大。

基于产教融合的绿色低碳钢铁冶金专业学位研究生培养模式

传统钢铁冶金专业学位研究生培养存在校企联合培养基地不完善、联合培养动力不足、培养方案和培养模式有待优化等问题。围绕钢铁行业绿色低碳高质量发展的紧迫需求,建立京津冀低碳钢铁产教融合研究生联合培养基地,通过联合培养基地平台化运营,打造一支适应专业学位研究生创新实践能力培养的“双师型”导师队伍。提出以创新能力提升为核心的冶金工程专业学位研究生培养方案,制订基于产教融合联合培养的钢铁冶金专业学位研究生联培管理体制和课程体系,推动研究生培养模式改革,提升专业学位研究生的专业实践能力和工程创新能力。

镍基变形高温合金裂纹形成及控制研究进展

随着高性能航空发动机对材料要求的不断提高,新型镍基变形高温合金的合金化程度和γ'相质量分数也在不断增加。这就导致了合金的熔炼难度逐渐提高。高合金化的新型镍基变形高温合金一般通过真空感应熔炼(VIM)+保护气氛电渣重熔(PESR)+真空电弧重熔(VAR)三联工艺来生产。受合金化程度的影响,合金在熔炼过程中易产生液固相间的溶质分凝和元素偏析,电极和铸锭在热应力与相变应力的综合作用下极易发生开裂,造成后续重熔过程电弧波动,从而对铸锭质量造成不利影响。电极裂纹问题是高温合金凝固过程中产生的一种复杂冶金缺陷,也是长期困扰我国高合金化难变形高温合金锭型扩大的共性技术难题。基于此,综述了近年来作者团队和国内外研究组在变形镍基高温合金熔炼过程中裂纹的形成机制、裂纹的影响因素及裂纹控制方面的研究进展,并对沉淀强化型镍基变形高温合金的未来发展方向进行了展望。

结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

中间包等离子体加热技术研究进展及应用

在钢铁行业面临转型升级的新常态形势下,借助智能装备驱动钢铁产业向绿色高端化发展,有望实现钢铁生产组织的最优化。连铸中间包实现恒温、低过热度浇铸可有效改善钢材质量,为此发展中间包加热技术十分必要。针对近年来日益受到重视的中间包等离子体加热技术的相关热点问题,系统阐述了其加热原理和设备特点,介绍了等离子体加热技术国内外设备、冶金功能研发以及应用进展状况,重点分析了等离子体加热技术对中间包内钢液流场、温度场、夹杂物去除、钢液化学成分的影响,以及实际应用冶金效果。基于对等离子体加热技术研究和应用的深入认知,探讨了国内自主研发新型中空石墨电极加热过程发现的新问题,以及进一步提高其冶金效果的途径。分析表明,国内自主研发的中空石墨电极等离子体加热装置,更好的适配了国内钢铁行业变革需求,是解决浇铸钢水过热度不稳定、钢水洁净度水平低和钢水组织成分不均匀问题的有效途径,补齐精准定位“一键加热”中间包的智能化短板。

生态化视角下工业设计专业机械基础实验教学模式的研究

对工业设计专业机械基础实验教学模式进行了研究。结合工业设计专业特点及专业人才需求,确定了生态化视角下的工业设计专业机械基础实验教学目标,并对“开放、互利、多元”的生态化实验教学模式进行了探索。通过建立“开放”的生态化实验课程,引入新的教学理念和技术手段,打破传统实验课程的局限性,使学生更好地参与实验教学;设计“层层递进”的实验教学内容,使学生逐步掌握实验技能和理论知识点,从而提高实验教学的效果;建立“互利”的生态化实验案例库,并将其融入实验教学过程,以帮助学生更好地解决实际工程问题;采用“多元”的生态化教学评价体系,全面评价学生的实验技能和知识水平,激发学生兴趣,以全面提升机械基础实验教学效果,有效培养学生的工程实践能力。

双圆弧内齿轮车齿切削仿真及试验研究

针对目前双圆弧内齿轮加工难、精度差、效率低的问题,提出了一种采用车齿工艺加工双圆弧内齿轮的方法。根据车齿加工原理,梳理了刀具与工件的相对位置,建立了双圆弧内齿轮车齿加工数学模型;运用Vericut进行双圆弧齿形的成型仿真,验证了车齿加工内齿轮的可行性与准确性;利用Abaqus对车齿过程中的切削力进行仿真计算,获得了加工参数对切削力的影响规律;使用六轴数控机床完成了双圆弧内齿轮的车齿加工,螺旋线精度检测结果符合设计要求。上述研究结果拓展了双圆弧齿轮的加工工艺,提升了内齿轮加工精度和效率,为后期双圆弧内啮合及行星传动奠定了基础。

考虑中心线偏差的精密行星减速器优化仿真分析

以精密行星减速器为研究对象,考虑中心线偏差对传动误差和齿面载荷的影响,建立精密行星减速器三维模型,利用KISSsoft软件进行偏移量的分析,得到了不同偏移量下齿面载荷分布情况和行星轮系的传动误差,最后结合实际工况下含支撑装置的扭转弯曲组合变形,提出一种齿轮组合修形方法,通过排列组合增量的方式获得最优解,对比优化修形前后的齿轮啮合性能及行星系统的传动性能,该修形方式降低了中心线偏差导致的齿面偏载,改善了传动误差,为考虑中心线偏差下齿轮修形提供了一种参考方法。

铝合金薄壁件超声振动铣削形变量研究

针对铝合金薄壁件加工中形变量较大的问题,这里提出了超声振动辅助铣削的方法对铝合金薄壁结构进行加工,以提高薄壁件的加工质量。首先采用ABAQUS软件建立了T形薄壁结构的热力耦合仿真模型,从温度场和应力场两方面对薄壁的变形因素进行了分析。然后设计了铝合金薄壁件铣削实验,研究了薄壁区域温度和受力的变化规律。最后通过测量试验后薄壁件的最大形变量,对仿真模型的准确性进行了验证。研究结果表明:薄壁结构的形变量随主轴转速的升高逐渐降低,随进给速度的增加逐渐增加。超声振动可以有效的降低薄壁结构的温度和受力,从而降低薄壁结构的形变量。超声振动铣削时形变量平均减小了22.8%。实验和仿真之间两者之间形变量的平均误差为4.3%,薄壁铣削形变量模拟具有较高的准确性。

氮含量与终轧温度对钛微合金化高强钢CGLC700低温冲击韧性的影响

针对钛微合金化高强钢CGLC700低温冲击韧性差的问题,通过热力学计算与高温原位观察,采用电子背散射衍射、透射电镜、扫描电镜和光学显微镜对含Ti高强钢的夹杂物、第二相粒子、断口形貌和低温冲击韧性等进行了研究。结果表明,含Ti高强钢低温冲击韧性差的原因与钢中大尺寸脆性夹杂物和Ti(C,N)、TiN析出相有关。将钢中w[N]从0.0049%降低至≤0.0035%时,可以有效降低钢中脆性夹杂物的数量和尺寸,从而提高钢材冲击韧性;终轧温度从885~895℃降低至875~885℃,可以促使纳米级TiC第二相粒子析出和大角度晶界的生成,并降低有效晶粒尺寸,从而明显改善钢材的低温冲击韧性;同时降低氮含量至≤0.0035%与终轧温度在875~885℃时,钛微合金化高强钢中平均晶粒尺寸从3.1μm降至2.7μm,小尺寸有效晶粒占比高,大尺寸夹杂物及数密度降低,大角度晶界中占比增长了16.6%,钢材低温冲击功可以从14.75 J提高到37.35 J。

GH4742合金真空自耗铸锭中夹杂物分布特征

以ϕ570 mm的合金锭作为自耗重熔的电极,通过起弧、稳定熔炼和热封顶三个阶段,制备ϕ660 mm的真空自耗铸锭,熔炼过程共历时860 min。采用场发射电子扫描显微镜和夹杂物自动扫描系统,分析了真空自耗重熔GH4742合金工业铸锭内部及其特征位置(锭冠、搁架、橘皮)处夹杂物的分布规律。结果表明,GH4742合金真空自耗铸锭中夹杂物的类型主要有Ti(C,N)、LaAlO_(3)-Ti(C,N)、Ti(C,N)-(Ti,Nb,Mo)C及LaAlO_(3)-Ti(C,N)-(Ti,Nb,Mo)C四种。夹杂物的尺寸主要以<3μm的小尺寸夹杂物为主,从中心到边缘夹杂物的尺寸逐渐降低,夹杂物的数量密度逐渐增多。铸锭中部中心处夹杂物的尺寸最大,最大平均尺寸为4.14μm。铸锭底部中心处的夹杂物数量最少,数量密度为13.23个/mm^(2)。铸锭锭冠、橘皮及搁架处分布着聚集的氧化物夹杂,这是电极上脱落的氧化物在熔池流动作用下运动到铸锭边缘,被边缘凝固区域捕捉形成的。

真空粉末锻造成型FGH95合金的流变行为和组织演变

利用Gleeble-3800热模拟试验机对真空粉末锻造成型FGH95合金的高温变形行为进行研究,在变形温度为1090~1170℃、应变速率为0.01~10 s^(−1)条件下进行热压缩实验,得到相应条件下流变应力-应变曲线,采用EBSD分析变形条件对真空粉末锻造成型FGH95合金微观组织演变的影响。在考虑温度、应变速率、应变量对合金流变行为的影响后,选择Arrhenius方程建立真空粉末锻造成型FGH95合金的本构模型,得出真空粉末锻造成型FGH95合金的材料参数,拟合出材料参数和应变量之间的关系并对得出的本构方程进行验证。结果表明:采用真空粉末锻造成形工艺制备的FGH95合金,在热变形过程中的流变应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的升高而升高。变形后组织内的再结晶晶粒的尺寸随着温度的升高而减小,随着应变速率的降低而增大。经过计算得出变形激活能Q为685.7787 kJ·mol^(−1),真空粉末锻造成型FGH95合金流变应力的预测值和实验值的误差为6.33%,预测值和实验值吻合较好。

25CrMnMo钢表面缺陷成因分析及控制

通过宏观形貌观察、微观组织(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,分析了25CrMnMo钢管生产过程中表面缺陷产生的原因,并进行了系统优化。通过对25CrMnMo钢的理化性能分析,发现钢管表面宏观缺陷存在结晶器保护渣剥落现象,而微观分析发现钢管皮下含有许多大尺寸FeO-Na2O-Al2O3-CaO不规则夹杂物。同时,将钢管表面缺陷处夹杂物成分与长水口、浸入式水口以及炉渣成分、结晶器内保护渣进行对比分析,发现钢内夹杂物中Na、Al为结晶器保护渣的代表元素,推断原工艺条件下,卷入且来不及上浮的结晶器保护渣在凝固前沿时被凝固坯壳捕获,并形成表面及皮下夹杂缺陷是25CrMnMo钢管出现缺陷的主要原因。通过将浸入式水口的插入深度由80~130 mm改为90~130 mm,电磁搅拌电流由300 A降为200 A,频率3.0 Hz不变等降低卷渣指数的措施,有效改善了25CrMnMo钢结晶器卷渣问题,提高了铸坯质量。

SiC_(p)/Al复合材料超声振动划痕试验及仿真研究

针对SiC_(p)/Al复合材料加工质量较差的问题提出了超声振动辅助微尺度加工的策略。通过Python软件构建了SiC陶瓷颗粒随机分布的有限元模型,对普通刻划和超声刻划两种条件下陶瓷颗粒和铝合金基体的材料去除机理进行分析。在有限元仿真分析的基础上,设计了维氏压头超声振动刻划试验,对刻划力、划痕表面形貌和表面粗糙度进行了研究。研究结果表明:普通刻划过程中主要为SiC陶瓷颗粒的脱离和压入,超声刻划过程中主要为陶瓷颗粒破损;超声振动可以有效降低刻划力和划痕粗糙度,从而提高SiC_(p)/Al复合材料的加工质量;普通刻划和超声刻划试验的刻划力均值分别为12.818N和9.258N,仿真和试验之间刻划力的误差为8.7%;普通刻划和超声刻划试验的粗糙度均值分别为0.933μm和0.581μm,仿真和试验之间粗糙度的误差为5.5%。

ϕ690 mm大尺寸GH4738合金真空自耗重熔数值模拟与工业试验

为探究大尺寸高温合金真空自耗重熔工艺,提高铸锭均质化、洁净化水平,采用数值模拟与工业试验相结合的方法,研究了ϕ690 mm锭型GH4738合金真空自耗重熔过程熔池演变、凝固特征以及夹杂物分布规律。结果表明,随着熔炼的进行,模拟的熔池由“浅平”形逐渐向“浅U”形转变,熔炼500 min后,熔池逐渐趋于稳定,冶炼过程最大熔池深度和糊状区宽度分别为200.88、72.38 mm。稳定熔炼期间,铸锭表面和中心的冷却速率分别为0.126、0.009 K/s,高度超过0.4 m后,铸锭冷却速率基本维持稳定。模拟了6种粒径的夹杂物在熔池中的运动轨迹,>20μm的夹杂物在熔池内作螺旋运动,大部分在熔池表面与铸锭侧壁接触面被捕获,≤10μm的夹杂物进入熔池后沿熔池底部向内运动,最终停留在铸锭内部,与工业铸锭检测值基本一致。

镍基铸造高温合金高周疲劳研究进展

由于航空发动机和燃气涡轮中的高温部件工作环境恶劣,存在高温、高压强、高振动等复杂工况,合金材料在此环境下需要长期保持优良的力学性能。镍基铸造高温合金被广泛应用于航空发动机、燃气涡轮等高温环境下的零部件中,其高温下的稳定性和力学性能是保证这些部件长期安全运行的重要因素。在高温高压等复杂环境下,合金材料会反复承受应力,导致疲劳损伤。高周疲劳是镍基高温合金失效的主要因素之一。由于材料在高应力状态下反复加载,导致其微观裂纹逐渐扩展,合金的服役寿命受到极大影响,对镍基高温合金高周疲劳性能的研究显得尤为重要。高周疲劳的发生与多种因素有关,其中包括合金的组织结构、应力水平、试验条件、表面缺陷等。本文分类讨论镍基铸造高温合金的高周疲劳机制在不同温度下的区别,研究不同失效状态下的规律特征以及其对合金高周疲劳的影响,对于研究叶片材料服役寿命规律,提高服役时间,降低研发周期具有指导意义。

基于QFD的质量屋技术在通用减速器设计中的应用

针对通用减速器产品开发周期长及客户需求响应不及时的难题。采取问卷调查的方式,收集提取出客户所对减速器产品不同特性的需求度。采用QFD的方法将客户需求转化为产品设计指标,建立减速器产品的质量屋,确定产品设计的关键指标,明确现有产品的改进方向。实现缩短设计周期和及时满足客户的双赢设计。

不同脱氧剂对气瓶钢洁净度的影响

研究使用两种不同脱氧剂对气瓶钢进行脱氧后的连铸坯中显微夹杂物及大颗粒夹杂物的组成、数量以及各工序钢中总氧含量。结果表明:使用硅钙钡锶镁合金对气瓶钢进行脱氧可以减少铸坯中显微夹杂物数量和大颗粒夹杂物数量,并使得铸坯中氧化铝夹杂和钙铝酸盐夹杂明显减少,使得硫化物夹杂和硅铝酸钙盐复合夹杂物增多,但对总氧含量影响不大。使用铝脱氧和硅钙钡锶镁合金脱氧都能将铸坯中总氧的含量控制在12×10-6以下。研究表明硅钙钡镁锶脱氧剂的收得率有待进一步提高。

聚谷氨酸发酵液菌体去除工艺研究

针对地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)CGMCC3336发酵生产得到的聚谷氨酸发酵液粘度高,传统的板框过滤、平板超滤等菌体分离方法分离菌体非常困难的问题,本文研究了酸化絮凝工艺进行菌体分离的可行性,研究确定了最适合聚谷氨酸发酵液菌体分离的工艺参数:利用50%(v/v)的硫酸调节发酵液pH 3.0,酸化絮凝8h,经过200L工艺放大证明,酸化絮凝除菌体是一条适合聚谷氨酸发酵分离菌体的新工艺。

水平连铸中间包内钢水流动的水模型研究

依据实际Φ120 mm圆坯水平连铸过程中15 t中间包原型,采用模型与原型之间1:1.5的相似比建立了水模拟系统,对原型中间包内钢液的流场进行了评估,并研究了中间包控流装置对中间包内钢液流动特性影响。结果表明,使用湍流控制器能显著降低中间包中死区比例,但对最小停留时间延长有限;使用导流槽和低坝显著延长钢水在中间包内停留时间,促进夹杂物上浮。