超疏水表面加工技术及耐磨性能研究进展

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差,因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素,因此,首先基于超疏水表面作用机制,对超疏水表面织构进行了归纳,旨在通过优化表面织构来解决微纳结构易磨损难题;然后对超疏水表面加工技术进行了梳理总结,从成本和效率两个方面分析了降低表面能的措施,为拓展超疏水表面加工体系提供思路;进而详细总结了超疏水表面耐磨性的分析手段,并阐述了提高超疏水表面耐磨性的方法;最后,展望了耐磨性超疏水表面的未来发展前景,以期推动超疏水表面在工程中的大规模应用。

离散型空间焊道CBN砂带当量随行磨削技术

提出一种离散型空间(椭圆形、马鞍形、相惯线形等)焊道的磨削加工技术——立方氮化硼(Cubic boron nitride,CBN)砂带当量随行磨削方法,该方法一方面基于测量技术以及磨削量预测模型,利用四轴联动以及恒压力浮动砂带磨削技术实现离散型空间焊道当量随形磨削加工,保证焊道的等余量控制;另一方面针对焊道材料的难加工特性,运用CBN砂带实现高效率、高精度磨削加工。阐述了当量随行磨削加工原理,建立随行磨削加工模型,分析随行运动误差。基于测量技术以及磨削量预测模型,建立当量磨削控制方程。针对椭圆形焊道典型零件——燃烧室机匣进行了磨削加工试验,得到其磨削余量厚度误差在±0.005 mm以内,证明该方法的可行性,得到焊道磨削的最优工艺(砂带线速度24 m/s,磨削压力170 N,工件转速1r/min),并且得到工件旋转速度是影响材料去除率最大的工艺参数。

磨粒磨损对砂带磨削TC17表面完整性的影响研究

砂带磨粒磨损直接影响磨削表面质量进而影响构件综合服役性能。以表面完整性为评估指标,对砂带磨损前后钛合金的表面加工质量进行了试验研究,揭示了砂带磨粒磨损对磨削TC17表面粗糙度、残余应力和表面硬度的影响规律及机制。结果表明,磨粒磨损后由于高度均匀化、单位面积切削磨粒数增加、磨削深度减小,使得表面粗糙度减小、纹理均匀细腻,粗糙度降低可达70.3%。与磨损磨粒相比,锋利磨粒砂带加工表面材料发生了明显加工硬化,使表面硬度提升达到20%以上,而磨损磨粒加工表面发生了塑性涂敷,显微硬度略低于基体硬度。试验中,砂带磨削表面均实现了残余拉应力(约400MPa)向残余压应力(-300MPa左右)的转变。不同砂带的磨粒磨损对表面残余压应力的影响不同,锆刚玉砂带磨粒磨损使磨削表面残余压应力提升了33%,金刚石砂带磨粒磨损使磨削表面残余压应力降低了34%。

基于单因素实验的钛合金砂带磨削砂带寿命研究及分析

采用ck918x碳化硅砂带和kk712x氧化铝砂带,对钛合金进行了磨削工艺试验,对磨削后砂带形貌进行了观测.研究了砂带线速度、工作移动速度、磨削深度等磨削参数对砂带寿命和相对金属去除率的影响情况。

超声振动砂带研磨曲轴主轴颈实验研究

超声振动砂带研磨技术是一个应用于改善表面光洁度、增加耐磨性和疲劳寿命的很好的加工过程。尽管这一加工过程的机理还没有被很好的理解,周期时间和砂带振荡频率被认为是最重要的过程变量。笔者主要是对超声振动砂带研磨曲轴主轴颈的机理进行分析,运用不同的抛光块,在不同的周期和不同的振动频率下对曲轴主轴颈表面质量和砂带寿命进行了分析。实验结果:表明利用砂带的振动可以提高砂带的寿命;同时得出硬抛光块对材料去除率和圆度影响较大,软抛光块对表面粗糙度影响较大,因此在不同的研磨阶段选用不同的抛光块,这样有利于提高曲轴主轴颈的表面质量。

砂带随动研磨曲轴连杆颈运动模型的理论研究

砂带随动研磨技术是针对曲轴、凸轮轴、偏心轴等复杂曲面零部件的研磨加工而提出的。在研磨过程中,其运动复杂并且难以控制。虽然该技术已经广泛应用于复杂曲面零部件的研磨加工,而且常常是直接影响复杂曲面表面质量的最终精加工手段,但是对机构运动模型以及误差的分析都比较少,因此笔者主要对砂带随动研磨曲轴连杆颈的运动模型以及由其带来的误差进行分析,并且得到了误差补偿数学模型。通过理论分析可以得到,机构运动的误差将直接影响加工表面,特别是对圆度的影响,同时可以通过对表面质量的分析判断运动误差的来源,通过误差补偿改善工件的表面质量。

基于灰色关联法的航发叶片机器人砂带磨削精度控制技术

钛合金航空发动机叶片表面完整性及其结构特征对于航空发动机的气流动力性影响巨大。砂带磨削加工被广泛应用于钛合金叶片的表面抛光,对于提高其表面完整性具有重要的作用,但是对于复杂曲面的加工还存在着一定的难度。工业机器人由于具有灵活性高、通用性强的优点在许多领域得到广泛应用,结合机器人灵活性好的特点以及砂带抛光能大幅度提高表面质量的优点,实现对复杂型面高效、高质量的抛光加工。目前机器人的磨抛加工中还存在加工精度不能很好控制,最终影响工件表面完整性和加工质量的问题。提出基于灰色关联法的机器人砂带磨削精度控制,对此方法进行试验研究,得到表面的粗糙度能够达到0.4μm,满足砂带磨削表面粗糙度小于0.4μm的要求,并且钛合金叶片的精度能够达到0.04mm左右。

航空发动机叶片材料及抗疲劳磨削技术现状

随着先进航空发动机向大推重比、轻量化的方向发展,镍基高温合金、钛合金以及陶瓷基复合材料等一系列轻质航空材料不断涌现并被应用,成为航空发动机叶片等关键构件的主要生产材料。然而由于硬质合金的应力集中敏感特性以及复合材料的各向异性和脆断机制,其面临的疲劳失效问题也逐渐凸显。现有研究表明,航空发动机叶片抗疲劳性能与其加工过程有重要关系,进而影响装备的服役性能和服役寿命。磨削作为航空发动机叶片的最终材料去除工艺,在获得精确廓形的同时直接决定了叶片最终的表面完整性状态和抗疲劳性能。为了解新型轻质航空材料特性及其磨削表面抗疲劳性能,进而为面向抗疲劳性能优化的航发叶片加工提供指导,本文对航空发动机叶片的典型材料及抗疲劳磨削技术研究现状进行了归纳总结。首先,简述了典型轻质、高强航空材料特性及其在航发叶片生产中的应用现状;然后,分析了航空发动机叶片的高表面完整性磨削方法及其抗疲劳加工关键技术;最后对航空发动机叶片的抗疲劳磨削研究进行了未来展望。

“大工程观”视域下机械基础系列课程改革与实践

在新工科背景下,根据机械工程人才培养的“大工程观”理念,开展机械基础系列课程改革与实践。文中以重庆大学机械基础系列课程为例,从顶层设计优化课程群结构,深度融合创新实践体系,将软件工具—理论教学—实验—项目贯穿于机械基础系列课程教学环节。探索了与一流机械工程专业人才培养相适应的机械基础系列课程体系和培养模式,同时引入现代虚拟教研室支撑“大工程观”的机械基础课程改革和实践实施。

基于钛合金砂带磨削的磨削率、表面质量及砂带寿命性能试验研究

针对钛合金磨削加工磨削率低,砂带使用寿命短以及表面质量差等问题,文章分别用正交实验和单因素实验对砂带磨削钛合金的磨削率及表面质量进行了一系列的性能实验研究,得到了十分有用的结论。论文的研究不但可以改善钛合金的表面质量,提高钛合金的磨削率,而且有助于扩大钛合金的应用范围,延长砂带的使用寿命,对生产实践有理论指导意义。

面向智能制造的机械工程人才培养模式探究

智能制造是当今制造业的主要发展趋势,而人才是第一资源。高校作为大量人才的输出产地,面临巨大的挑战。针对国内高校机械工程专业学生工程应用能力的培养问题,从培养目标和企业社会的需求出发,分析在智能制造背景下机械工程专业人才能力的新要求。通过对地方本科院校机械工程专业人才培养现状的分析,提出机械工程专业人才新型多学科交叉融合的培养模式,认为新型多学科交叉融合培养模式下的教学实施方案相比传统的学科交叉教学方式具有显著的普适性,是培养符合企业要求的高素质智能制造应用型人才的有效途径。

钛合金材料砂带磨削表面残余应力形成模型及其实验研究

目的建立钛合金材料砂带磨削参数到磨削后表面残余应力之间的数学模型并验证其有效性。方法综合应用弹性力学和碰撞力学建立材料表面微观结构力学模型,通过对外力作用下的力学模型的分析计算得到数学模型,再利用Simulink对其进行仿真分析,得到了一定磨削参数下钛合金砂带磨削表面残余应力与时间的关系图,最后进行了钛合金砂带磨削实验,验证了该数学模型的有效性并进行误差分析。结果所构建的数学模型仿真值与实测值变化趋势相似,有着较好的仿真效果。但是,在引入热量系数?之前,最大误差为62.98%,平均误差为16.43%,结果不够理想;而在引入热量系数?之后,最大误差为9.87%,平均误差为5.75%,精度上升明显,能够有效地预测表面残余应力的取值。结论综合应用弹性力学和碰撞力学来构建出钛合金材料砂带磨削表面残余应力形成模型,能够有效地表征其在一定加工参数下的表面残余应力。

曲轴连杆颈砂带抛光运动模型的研究

砂带研抛是一种很好的机械加工工艺,它在提高零件的表面光洁度,增强零件的耐磨性和疲劳寿命方面应用广泛。对砂带研抛曲轴连杆颈机构做了详细地分析,并讨论了不同抛光块以及不同接触方式对抛光质量的影响,同时还分析了随动误差对抛光质量的影响。

高温合金磨削热力耦合及其对表面完整性的影响研究现状

高温合金具有耐热性、耐腐蚀性等优良性能,被广泛应用于航空发动机的精密制造与修复。磨削能够提高部件的加工精度和表面完整性,是加工高温合金材料的重要方法。在磨削过程中,高温合金因材料的高强韧性,使得磨具磨损严重,并且磨削时冷却液难以进入磨削弧区,导致高温合金的磨削力和磨削温度较高。在多刃磨削加工下,复杂的热-力耦合过程对高温合金表面完整性有着重要影响,表面完整性直接影响服役性能。从产生机理、表征方法及控制等方面阐述了磨削热和磨削力的研究现状,首先介绍了高温合金磨削热及磨削力产生的机理及原因,进而从刚性磨削和柔性磨削的角度综述了磨削温度和磨削力的预测模型及方法,从冷却润滑、工艺参数优化及砂轮结构改进等方面调研了磨削温度和磨削力的控制策略。从间接耦合法的角度介绍了磨削热-力耦合建模过程。最后,在概述磨削热力耦合的基础上,总结了在磨削热力耦合作用下高温合金的表面粗糙度、表面形貌、组织结构及残余应力等方面的研究成果,并对高温合金磨削热力耦合作用的研究方向进行了展望。

镍铝青铜合金仿生表面的砂带磨削及其降噪特性

针对镍铝青铜合金材料难以加工出仿生沟槽表面从而提高其降噪性能的问题,利用金字塔砂带和空心球砂带在镍铝青铜合金材料表面上磨削出仿生沟槽,并搭建配套试验平台来对镍铝青铜合金材料表面进行仿生沟槽结构的磨削加工。提取了磨削表面的特征,据此进行流体噪声计算,对比分析了金字塔砂带磨削出的仿生表面和空心球砂带磨削出的仿生沟槽表面的噪声性能,结果显示:金字塔砂带磨削出的规则仿生沟槽表面声学能量等级的平均值为18.07 dB,空心球砂带磨削出的不规则仿生沟槽表面声学能量等级的平均值为37.6 dB。试验中,两种砂带磨削加工后的镍铝青铜合金表面均具有仿生沟槽结构,且金字塔砂带磨削出的规则仿生沟槽表面具有更好的水下降噪性能。

航空发动机钛合金叶片机器人浮动砂带磨削技术及其试验研究

压气机钛合金叶片为航空发动机关键零部件,其制造质量和加工精度对整机工作性能有至关重要的影响。由于该叶片型面结构复杂,打磨工作常由人工完成,其打磨效率低,打磨质量一致性难以保证。对航空发动机钛合金叶片机器人浮动砂带磨削技术进行分析,并进行了相关试验研究。试验结果表明钛合金叶片的机器人浮动砂带磨削技术能适应钛合金叶片的打磨要求,打磨后的叶片表面粗糙度Ra在0.4μm以内,表面三维形貌一致性较好,磨削后的进排气边的形状保持一定的圆度状态。

航发整体叶盘机器人磨削系统集成方案设计及验证

为了完成航空发动机整体叶盘叶尖、叶身、边缘、叶根和流道面等全型面自动化加工生产,需对航发整体叶盘机器人砂带磨削系统进行集成。但机器人打磨机构、数控转台、蓝光检测仪、超级砂带磨头库等加工设备相互孤立而形成了自动化孤岛现象,从而导致各设备采集的数据无法及时有效地实现上传下行和无法实现管控一体化。因此,针对航发整体叶盘机器人磨削加工方法提出了系统集成方案。首先在分析现有工艺流程的基础上,提出了航发整体叶盘机器人磨削系统集成构建目标和总体框架;然后基于工业以太网及OPC技术实现了对整个系统信息的集成;最后针对航发叶盘进行了系统集成方案的试验验证。试验结果表明,机器人磨削后的叶盘具有高表面完整性。

“航空构件高服役表面加工技术”专题序言

叶片、整体叶盘、机匣、齿轮等航空构件是传递动力的关键核心部件,其表面的精密加工代表国家工业和国防装备水平。高服役性航空构件是克服极端工况影响的新型构件,直接决定装备转动系统的振动、噪音、寿命等服役性能及其核心竞争力。开展航空构件高服役表面加工技术研究,对保障国家经济和军事安全具有重大意义。

航空发动机叶片精密自适应砂带磨削技术及试验研究

叶片的型面精度和表面完整性直接制约着航空发动机的工作性能及使用寿命。由于叶片具有薄壁易变形、材料难加工及砂带磨削柔性接触等特征而难以实现精密磨削,由此提出了一种基于检测—加工一体化的自适应砂带磨削加工方法。首先根据叶片结构特点,设计了边缘磨削工位磨头和圆角磨削工位磨头,分别用于磨削叶片型面及进排气边缘、阻尼台及根部转角等部位;其次基于模型重构的几何误差进行了自适应软件的研制;最后通过双工位集成的七轴联动数控砂带磨削中心进行了叶片磨削试验。试验结果表明,磨削后的叶片表面粗糙度Ra≤0.4μm,加工误差保持在±0.05mm范围内,叶片型面磨削加工周期仅为3.5h,满足叶片加工要求。因此,自适应砂带磨削技术是实现叶片精密磨削加工的有效技术手段。

机器人自适应砂带磨削镍基高温合金精铸叶片试验研究

镍基高温合金精铸叶片由于其铸造余量大、定位无基准等,在加工时难以保证其加工精度。采用机器人砂带磨削方式并结合自适应加工技术,对镍基高温合金航空发动机精铸叶片进行磨削。通过对精铸叶片采用三坐标6点迭代的方式,确定航发叶片相对于夹具的位置;然后进行轨迹规划并提取点位信息,建立四阶齐次矩阵反求出机器人运动轨迹,保证磨削位姿和磨削参数;最后根据叶片型面余量信息,采用自适应加工方法,对航发精铸叶片进行定量的材料去除,保证其加工精度。