基于教学用气动控制微型自动蜡模成型机设计

针对现有蜡模成型机体积大、维护成本高,不适用实践教学等问题,设计了基于气动控制的微型自动蜡模成型机,该装置使用压缩空气作为动力源。设计结果表明:装置采用气动增压式驱动方案,空间利用率高,整体尺寸小、质量轻;采用注射机构、合模机构等模块式设计,既有利于学生快速掌握成型工艺,又便于学生理解典型工程产品设计思路,实验装置的应用可增加实验项目间关联性,提高学生实践参与度,提升学生工程实践能力。

基于二次通用旋转组合设计的冷金属过渡电弧增材制造AZ31镁合金焊道截面尺寸研究

基于冷金属过渡的电弧增材制造技术制备了AZ31镁合金单道试样,测试了单道试样的焊道宽度和焊道高度。根据二次通用旋转组合试验设计与二次多项式逐步回归分析,建立了高度显著的焊道宽度和焊道高度与摆动宽度、焊接速度、送丝速度和基板温度等工艺参数间的关系式。结果表明,工艺参数对焊道宽度的影响主次顺序依次为摆动宽度、送丝速度、基板温度、焊接速度,对焊道高度的影响主次顺序依次为焊接速度、摆动宽度、基板温度、送丝速度。随摆动宽度的增大,焊道宽度逐渐增大,焊道高度逐渐减小;随焊接速度的提高,焊道宽度和焊道高度均逐渐减小;随送丝速度的提高,焊道宽度和焊道高度也随之同步增大;随基板温度升高,焊道宽度增大,焊道高度降低。

随动辊压型低应力精密断料教学实验平台开发

为了增强学生对先进成形装备及低应力精密断料技术的理解,开发了随动辊压型低应力精密断料教学实验平台。该实验平台综合利用机械设计、传感器技术及计算机控制技术,将应力集中效应和随动辊压技术引入管料的精密分离断料工序中,设计了管料断面质量评价方法,对带有V型槽的45#钢及304不锈钢管料进行了裂纹可控式低应力精密下料实验,验证了断料效果。该实验平台不仅使低应力断料过程更加直观,还提升了学生对低应力精密成形技术的认识,增强了学生对“机械制造工程基础”“切削原理与刀具”及“先进制造技术”等课程的学习兴趣。

激光选区烧结制备铜齿轮电极及其电火花加工应用

针对利用铣削工艺制备电火花加工齿轮型腔的工具电极时存在制造柔性低和工艺流程复杂等问题,提出使用激光选区烧结(SLS)工艺制备铜齿轮电极。考虑到SLS制备的齿轮电极存在微观组织缺陷而导致其电导率较低,进而导致电火花加工性能较差的问题,通过热处理工艺来调节齿轮电极的电导率,并研究热处理参数对电导率及齿轮电极电火花加工性能的影响。结果表明:在不同参数热处理时,齿轮电极的电导率在9.51~33.8 mS/m范围内变化;在退火温度300℃、保温时间4 h时,可获得性能较好的齿轮电极,其TWR为0.002 4 mm^(3)/min、MRR为0.374 2 mm^(3)/min;与铣削加工的电极相比,SLS制备的齿轮电极,其MRR提升了31.53%。

磁场辅助场致射流微细放电加工研究

场致射流放电加工方法利用高压电场诱导形成的微细射流与工件间放电来蚀除材料。虽无电极损耗,但微细射流的柔性较大且易受外界干扰,导致放电分散性和随机性较强,因此难以对其进行精准控制。为此,设计了一种四极性磁场施加装置,通过磁场对离子束的约束作用控制射流,并分析了磁场的作用机理,研究了磁场约束对场致射流放电加工的蚀坑宽度、深度及表面粗糙度的影响规律。结果表明,随着磁感应强度的增大,放电蚀坑的最大深度和表面粗糙度值都减小;磁场散焦方向上蚀坑的宽度增加,而聚焦方向上蚀坑的宽度减小,同时放电时的极间距离也减小。经试验验证,所提出的磁场辅助场致射流放电加工方法适用于具有沟槽类型特征的部件加工。

黏结剂喷射成形技术研究进展

黏结剂喷射成形是一种基于粉末床的增材制造技术,通过液态黏结剂的沉积以选择性地连接粉末颗粒,实现近净成形,最后通过烧结进行固结。该技术因为工艺简单、材料适应性广、成形效率高、批量化生产潜力大而受到关注。本文对黏结剂喷射成形的工艺流程进行了概述,总结了影响黏结剂喷射成形过程的因素。粉末特性、铺粉方式、黏结剂种类及其与粉床的相互作用是控制生坯密度、尺寸精度的关键。烧结及熔渗是主要的后处理方式,借助助烧剂、分步烧结工艺、超固相线液相烧结等方式可实现更高程度的致密化。黏结剂喷射成形已在铸造、医疗器械、3C行业等得到了广泛的应用,通过进一步优化黏结剂体系、全流程自动化设备和提升致密化及后处理技术可推动黏结剂喷射成形技术的大规模产业化。

电弧增材制造焊丝熔化及熔滴过渡过程建模与仿真研究

基于动网格和多物理场耦合技术,建立了焊丝熔化和熔滴过渡的热流耦合数学模型。研究了焊丝熔化形成熔滴、熔滴与基板的接触和铺展、熔融金属桥形成和拉断过程。分析了熔滴在送丝过程中的温度变化、熔滴和熔池的速度变化、熔滴传质过程中的体积变化。结果表明,熔滴尺寸、形状与实验结果可较好吻合,最终转移至基板表面熔融铝的体积约占熔滴总体积的80%。

凸模底部刃型对微冲裁落料件侧面光亮带的影响研究

微冲裁是一种具有大批量、高效率、低成本等特点的微加工技术。结合数值模拟仿真和实验数据分析,研究了凸模底部刃型对异形微冲裁落料件侧面成形质量的影响。首先,基于实验收集的冲裁位移-冲裁力数据,建立微冲裁有限元仿真模型;接着,基于仿真结果获取Mises应力数据,与测量的落料件侧面光亮带高度值建立关系并分析原因;然后,为设计提高落料件局部光亮带高度的非平刃凸模方案提供依据,再利用仿真分析选出最优的非平刃凸模设计方案;最后,利用微细电火花-微冲裁复合机床,在线制备了底部窄梁刃型高度为50μm的非平刃一凸模,并在厚度为80μm的3J21弹性合金箔料上进行冲裁实验。结果表明:凸模窄梁部位的非平刃一设计方案可提高局部位置的光亮带高度,从而提高落料件成形质量。

基于遗传算法NSGA-Ⅱ的H13模具钢深孔加工参数优化

针对枪钻深孔钻削H13模具钢刀具磨损快、加工温度高的问题,以枪钻切削速度、进给量、外刃第一后角为优化对象,并以钻削轴向力和刀具温度为评价指标,设计了BBD响应面优化试验,建立有限元仿真模型,获得轴向力和刀具温度的二次多项式回归方程,最后采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化求解非劣解集,与响应曲面优化结果相结合得到唯一解。结果表明:最终优化解切削速度为832.21r/min、进给量为0.011 2 mm/r、外刃第一后角为9.35°,轴向力和切削温度较低,此时钻削稳态平均仿真轴向力为611.2 N,实际轴向力为592.7 N;仿真温度为279.3℃,实际温度为321.1℃,为实际加工生产提供了参考方案。

金刚石线锯成形切割工程陶瓷圆弧试验研究

针对工程陶瓷圆形零件难以成形加工的问题,提出了一种金刚石线锯成形加工工程陶瓷圆弧件的新方法,以圆弧面的径向跳动为衡量圆度指标,采用单因素实验法分析了线速度、转台转速和张紧力等工艺参数对圆弧件形状精度圆度、加工效率、线弓角度、表面粗糙度、表面形貌的影响规律。试验结果得出:在本试验参数范围内,线速度越大圆弧面的圆度越好、加工效率越高、线弓角度越小、表面粗糙度越好、表面质量越好;转台转速越小圆弧面的圆度越好、加工效率越高、线弓角度越小、表面粗糙度越好、表面质量越好;张紧力越大圆弧面的圆度越好、加工效率越高、线弓角度越小、表面粗糙度越好、表面质量越好。

7075铝合金激光冲击锻造复合电弧增材修复参数对修复层硬度的影响

铝合金件电弧增材修复区的软化会严重削弱修复件的力学性能。采用激光冲击锻造复合电弧增材工艺修复7075铝合金件,研究了光丝间距、脉冲能量、脉冲频率、工作电流和进给速度对修复区表面和内部硬度的影响规律,比较了复合工艺和电弧增材工艺所形成修复层沿着表面和深度方向的硬度分布。结果表明:合理选择光丝间距、工作电流、进给速度和尽可能大的脉冲能量及频率,将获得更高的表面和内部硬度;复合工艺能增强修复区硬度,进而提高修复件的力学性能。

基于NX/Open的斜导柱侧抽芯机构辅助设计系统开发

针对传统抽芯机构设计过程自动化程度低、步骤繁琐、工作量大的难题,研究基于NX10.0平台,利用NX/Open二次开发技术和C/C++语言开发了斜导柱侧抽芯机构的辅助设计系统。系统首先通过“基于图的特征识别”和“基于面的特征识别”2种方法,设计了相应的特征识别算法,并开发智能特征识别子系统;其次根据成型零件特征数据以及抽芯机构设计的原理,开发了斜导柱侧抽芯机构的各部件参数化设计模块;最终通过UG的CAE运动仿真模块验证了系统参数化驱动设计的可靠性和合理性。系统适用于压铸模与注射模的抽芯机构设计,简化了斜导柱抽芯机构在建模过程的工作量,提高了模具的设计效率。

B_(4)C/AlSi10Mg复合材料激光选区熔化成形工艺及性能研究

颗粒增强铝基复合材料因其卓越的综合性能而备受关注,选区激光熔化技术为复合材料的制备提供了新的路径。采用SLM技术成形不同含量B_(4)C颗粒增强AlSi10Mg复合材料,研究了成形工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)对成形件显微组织、致密度和力学性能的影响规律。结果表明,B_(4)C/AlSi10Mg复合材料试样内部孔洞和裂纹较少,B_(4)C颗粒在铝基体中分布均匀,与AlSi10Mg基体有良好的结合。在激光功率240 W,扫描速度1400 mm/s,扫描间距0.13 m的工艺条件下,3%B_(4)C/AlSi10Mg(质量分数)复合材料致密度最高达到99.39%。当B_(4)C颗粒含量提高至5%时,尽管硬度有所提升,但致密度、抗拉强度及断裂伸长率均有下降。

金属粉末床粘结剂喷射3D打印关键问题的研究现状与展望

针对金属粉末床粘结剂喷射3D打印技术存在薄层铺粉难、粘结剂不匹配、初坯及烧结件密度低等问题,首先从原材料特征、铺粉机构及数值模拟等方面总结当前粉末铺展研究现状;接着阐述了粘结剂与粉床作用、粘结剂类型和性能以及残留问题的研究进展,指出优化粘结剂体系、限制残留物,有利于提升粘结剂喷射成形金属零件性能;然后介绍了烧结和浸渗等当前常见致密化方法,指出致密化过程中需考虑变形和精度控制,并通过热等静压、固溶和时效等后处理方法对零件孔隙及相组成进行调控;最后指出高精度、高性能和难成形材料打印是未来发展趋势。

浅谈在机械加工技术中数控加工的应用

数控加工技术是在当前社会发展趋势下催生出来的产物,伴随着这一技术内容的发展与优化,人们对该类技术的关注和运用也逐渐增多,对机械加工行业而言它还能够充分利用这类技术,促进自身生产加工效率与品质的提高。为了可以更好的满足人们对机械加工技术的要求与规范,有关行业人员要将这种数控加工技术进行合理运用,以取代传统加工方法。传统加工时一般都是采用人工方式进行作业与加工,这种加工方法不可避免地会受一系列因素影响,而且还会消耗大量成本与精力,继而降低整体生产效率与品质。而如果能在机械加工各环节中运用数控技术,则一定能有效提升生产效率与品质。文章重点针对现阶段机械加工技术在数控加工中的应用展开了分析与讨论,希望可以为需要帮助的人们提供帮助。

曲轴箱立卧五工位回转式刷光机及其主要部件设计

设计了一种曲轴箱立卧五工位回转式刷光机,用于客户某系列曲轴箱缸孔与其端面、轴孔与其端面、两个高压腔刷光工序的加工,经更换和调整部分辅件、夹具,能适应其他型号曲轴箱的刷光工序加工。与线型刷光设备相比,该设计结构紧凑,性能稳定,操作方便,预留自动上下料接口,可实现全自动加工。

镁合金电弧增材技术基本工艺及工艺因素影响综述

轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm^(3),是实际工程应用中最轻的金属结构材料之一。这两点使电弧增材镁合金大型复杂构件的生产研究受到重视。然而,电弧增材涉及电磁、传热、流体等复杂物理变化,同时镁合金又存在易氧化、易挥发等问题,这对电弧增材的工艺控制提出严峻考验。为此本文归纳总结了镁合金电弧增材技术基本工艺类别,分析了主要工艺参数对电弧增材制造镁合金成型质量、微观组织、力学性能的影响规律和深层机理,指出了镁合金电弧增材技术的现有问题,最后对镁合金电弧增材技术的未来研究方向提出了一些建议和展望。

磁弹磨粒双磁盘磁力钝化仿真与实验研究

磁弹磨粒具有磁性、低弹性模量以及优良的研磨性能,能够提高加工效率和加工质量。首先,基于磁场基本理论和磁弹磨粒特性,分析了磁弹磨粒双磁盘磁力刀具钝化机制;然后,基于磁场中磁弹磨粒的磁场力对离散元软件EDEM进行二次开发,建立了磁弹磨粒双磁盘磁力刀具钝化过程仿真模型,研究了磨粒粒度、磁化率和磁盘间距对刃口碰撞次数和磨粒旋转速度的影响规律;最后,采用Matlab软件对刀具刃口轮廓进行重建,提出了基于钝化面积的改进形状因子表征方法,通过正交实验研究了磨粒粒度、磁化率和磁盘间距对刃口钝化量的影响规律,并验证了所提改进形状因子表征方法的可行性。结果表明:随着磁弹磨粒粒度的增大、磁化率的增加和磁盘间距的减小,刃口碰撞次数和磨粒旋转速度增大;钝化参数对刃口钝化量的影响程度大小依次为磨粒粒度、磁盘间距、磁化率,最优钝化参数组合为磨粒粒度40目、磁化率0.1、磁盘间距15 mm;仿真与实验钝化面积的最大相对误差为16.33%,最小相对误差为0.42%,仿真能够较好地预测刃口钝化形貌,且改进的刃口形状因子能够较好地表征刀具刃口钝化形貌。

多元材料微纳米精度复杂分布技术的新进展

多元材料分布技术可制备出特殊功能的材料、结构及器件,如功能梯度材料等,在航空航天、国防军事、工业生产中有着广泛的应用。随着构件的集成度提高、功能多样化、质量轻量化等,器件尺寸逐渐减小,材料组分逐渐增多,分布精度不断提高,因此器件对多元材料分布技术提出新的更高要求。当前,功能梯度材料通常仅由几种材料非连续过渡形成,各种材料分布的精度在几十微米至毫米量级以上。如何在宏观尺度上快速实现多元材料微纳米精度复杂分布,特别是在水平面内的横向梯度分布,一直是制造领域研究的重点和难点。近年来,高精度3D打印技术、自组装技术、化学气相沉积技术以及本课题组所提出的多元材料纳米级精度复杂分布技术等在实现多元材料分布方面展现出各自的特点。本文综述了上述四类技术在多元材料分布方面的基本原理、典型成果以及最新研究进展,从分布材料种类、分布精度、分布复杂性、分布尺寸等方面进行了简要的探讨与总结,指出了当前多元材料分布技术面临的问题与挑战,最后对多元材料纳米级精度复杂分布技术进行了展望。

TiN陶瓷超声振动辅助混粉电火花加工实验平台设计

氮化钛陶瓷材料广泛应用于航空航天行业。由于传统机械加工氮化钛存在刀具损耗现象、常规电火花加工陶瓷材料的效率低,提出了超声振动辅助混粉电火花加工氮化钛的方法,并搭建实验平台验证其可行性。首先,利用ABAQUS有限元分析软件对超声振动系统进行模态分析,并利用振幅测量仪和阻抗分析仪对超声主轴进行性能测试;接着,利用Fluent流仿真软件对混粉颗粒循环系统进行油箱流场仿真分析;最后,分别采用超声振动辅助混粉电火花加工、普通电火花加工、超声振动辅助电火花加工及混粉电火花加工四种方式加工盲孔并进行对比试验。结果表明:超声振动辅助混粉电火花加工氧化钛的表面粗糙度最低、材料去除率最高、加工表面质量得到改善。