锆基非晶合金电解质等离子体抛光工艺及废液处理

电解质等离子体抛光技术在非晶合金结构件的应用仍处于探索阶段,而且会产生含较高浓度的重金属和氟离子废液。为了提高锆基非晶合金结构件的表面质量以满足其使役性能,研究抛光时间、工作电压、硫酸铵浓度、初始温度、工件入水深度、阳极挂具材料等电解质等离子体抛光工艺参数对锆基非晶合金表面粗糙度、晶化情况的影响,并利用正交试验进行参数组合优化,对比不同参数对于表面粗糙度的影响显著程度。最后针对抛光后废液污染的问题,探究并配套合适的废液处理方案。结果表明:影响抛光后材料表面质量因素的显著程度为抛光时间>工作电压>初始温度>硫酸铵浓度,最优抛光工艺参数组合为抛光时间8 min,工作电压220 V,初始温度88℃,硫酸铵浓度为5%,此时表面粗糙度为0.103μm。经化学混凝沉淀法和离子交换树脂法组合工艺处理后,出水废液中的重金属和氟离子浓度均能达国家电镀污染物排放标准。研究成果可为电解质等离子体抛光在锆基非晶合金的实际生产提供工艺指导,有助于推广锆基非晶合金结构件的产业化应用,促进锆基非晶合金的大规模工业生产。

锥面分段开孔高速刀柄的设计方法

根据高速刀柄在不同过盈量下的联接性能分析结果与不同转速下的锥面接触应力分布规律,提出了一种锥面分段开孔高速刀柄的设计方法,即对刀柄定位锥面按照锥体素线长度均等分成前、中、后三段,并在各段的中等分处周向均布一组盲孔,通过调控盲孔的数量与尺寸使刀柄锥面达到一定的柔度。文章阐述了盲孔开设参数对锥面接触应力、柔度的影响规律和参数确定原则,给出了以HSK-E50为原型的锥面分段开孔设计案例,采用有限元分析其极限转速和锥面接触应力分布情况。结果表明,锥面分段开孔刀柄与原型刀柄相比,极限转速提高了约10.79%,锥面接触应力分布显著均匀。

基于傅里叶变换与统计检验的圆度误差分离技术研究

采用傅里叶变换及数理统计假设检验的方法对圆度误差进行分离。针对圆轮廓的高精度测量数据,通过最小区域法拟合圆心。应用傅里叶变换将圆轮廓信号转换成谐波信号,从理想圆轮廓模型出发,逐步添加傅里叶分量,迭代过程中通过偏F检验构造包含未知系统形状误差的主导性模型。通过自相关法检验、卡方检验及J-B检验获取残余的显著性傅里叶分量,进一步构建显著性模型,实现圆度误差中系统误差的分离。通过数控加工16个圆孔的实验数据分析,证明了该方法可以对圆度误差进行有效分离。

基于改进LSTM-AdaBoost的铣刀磨损量预测

针对铣刀磨损量预测时精度低的问题,提出一种基于黑寡妇算法(BWO)优化的长短期记忆神经网络(LSTM)与AdaBoost集成学习算法相结合的铣刀磨损量预测方法。在铣刀磨损振动信号中提取时域、频域以及时频域多域特征。通过BWO算法优化LSTM的核心参数,并将优化后的LSTM网络与AdaBoost算法进行结合,构建铣刀磨损量预测模型。最后用PHM Society 2010铣刀全寿命周期的振动数据进行实验。研究结果表明:所提方法能够有效地预测出铣刀磨损量变化值,优化后模型的平均绝对误差百分比为3.436%、均方根误差为6.471、决定系数R^(2)为0.935。该方法能够获得准确率更高的铣刀磨损量预测值,预测效率更高。

基于fminimax优化函数的圆度误差评定

依据圆度误差标注代号和附加符号的含义,基于最小外接法、最大内切法和最小区域法分别建立了参考圆的圆心坐标优化目标函数和圆度误差评定模型,采用MATLAB软件编写了参考圆的圆心坐标优化目标函数子程序和圆度误差评定子程序,给出了圆度误差评定中fminimax优化函数调用方法。用Talyrond 585LT圆柱度测量仪对三个试样的圆周轮廓进行了提取,基于最小二乘法、最小外接法、最大内切法和最小区域法对提取的圆周轮廓分别进行了圆度误差评定。研究了优化搜索范围对圆度误差评定结果的影响,并将fminimax优化函数圆度误差评定的优化符合度与其他优化方法圆度误差评定的优化符合度进行了比较。fminimax优化函数的应用结果表明,评定结果精度高于或等于其他优化方法评定结果的精度,可满足圆度误差评定的需要。

数控机床刀具半径补偿算法研究

数控加工技术在装备制造领域应用越来越广泛,刀具半径补偿是数控系统一个基本功能,广泛应用于简化数控加工程序编制、减少编程计算量等。采用矢量算法实现刀具半径补偿后刀具中心轨迹计算,并对插入型过渡方式刀具路线进行优化,减少空行程。仿真测试表明,算法能够准确完成刀补后刀具中心轨迹的计算,且空行程少,加工效率高。

锥度球头刀铣削钛合金TC11切削力研究

针对薄壁零件侧壁的高效率和高精度加工难题,采用ABAQUS有限元仿真软件,建立了锥度球头刀铣削钛合金TC11的有限元仿真模型。利用正交试验,分析了切削工艺参数(切削深度、切削速度以及每齿进给量)对切削力影响的主次关系。基于多元线性回归方法理论,建立了切削力经验预测模型,并分析了工艺参数交互作用对切削力的影响规律。通过模型预测结果和切削力试验结果的比对,验证了模型的精确性。

干切9Cr18不锈钢的成型刀具设计及加工工艺

针对9Cr18不锈钢材料耐磨性好,韧性、强度高,热导率低等难加工特点,结合加工现场干切及成型加工的实际需求,采用刀具材料、刃口参数、涂层协同优化设计的方法进行成型刀具设计。选取耐磨性好、具备干切能力、与铁基元素亲和力小的刀具材料,匹配耐高温、耐磨、润滑性良好的涂层涂覆,再兼顾刀具材料、涂层需求、加工工况等实际情况设计合理刀具参数。采取合适的加工工艺制造出成型刀具,使其达到刃形合理、刃口与涂层结合紧密、刃口质量良好、齿形准确、排屑顺畅等指标,满足实际生产要求。

飞秒激光与金刚石相互作用机理仿真和实验研究

为了探究飞秒激光与金刚石的相互作用机理,本研究针对化学气相沉积法制备的单晶金刚石,基于COMSOLMultiphysic仿真软件,采用能量守恒公式和傅里叶热传导定理公式,建立基于温度场的飞秒激光加工单晶金刚石仿真模型,研究激光平均功率、激光扫描速度、激光重复频率和激光脉冲有效个数四个影响因素对金刚石流道宽度和深度形貌的影响规律。并搭建了飞秒激光加工实验平台,测试结果与仿真结果进行对比。结果表明:飞秒激光多脉冲加工金刚石,作用过程分三个阶段:弱烧蚀石墨化阶段、强烧蚀气化阶段以及稳定阶段。获得飞秒激光系统的最佳加工参数:平均功率(P_(avg))为5~10 W,重复频率(f)为50~200 kHz,正焦,光斑重叠率为63%~85%,脉宽最小。

航空发动机风扇叶轮机器人自动化定量去除方法

航空发动机风扇叶轮动平衡差会引起发动机内部轴承及叶片等零部件的损坏,导致发动机振动,整体性能下降。针对某航空发动机风扇叶轮的动平衡定点定量去除加工要求,提出了一种多传感器融合的自动化加工方法。该方法基于六自由度机器人系统及数控转台,将测量传感器与力学传感器相融合,利用机器人控制技术来实现风扇叶轮的自动化磨抛,并进行理论去除量与实际去除量的对比实验分析。实验结果表明,当磨抛区间>10°时,理论去除量和实际去除量的差值在±1%以内,验证了所提出的预测磨抛区间的准确性与加工方法的可行性。与传统的人工磨抛或复杂昂贵的机床磨抛加工相比,此方法对于航空发动机风扇叶轮定点定量去除具有集成度高、效率高、普及性强等优点,为航空发动机的制造提供有力的技术支撑。

刀具几何参数对GFRP复合材料切削力的影响仿真研究

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)两相材料属性相差迴异,加工难度大。利用有限元仿真软件对玻璃纤维增强复合材料进行了研究,分析了刀具几何参数与切削力之间的关系。结果表明:当刀具前角由3°增大到12°时,切削力下降,但当前角由12°增大到15°时,切削合力和主切削力有微小上升趋势;当刀具后角从2°增加至12°时,切削力呈现下降趋势,从12°增加至22°时,切削力呈现增大趋势;当刃口半径由0.05mm增加至0.4mm时,切削力减小,刃口半径从0.4mm增加到1.2mm时,切削力增加。仿真得到的最合适刀具几何参数分别为前角12°、后角12°和刃口半径0.4mm。

抛丸机叶片瞬时碰撞动力学行为及应用研究

船舶用钢的除锈处理是影响日常维护的关键工艺,而抛丸机叶片磨损断裂是影响除锈设备使用寿命的重要因素。本文叙述了抛丸机叶片磨损断裂形成机制、弹丸碰撞非线性动力行为及撞击侵蚀过程、叶片磨损特性等方面的研究进展,讨论了叶片旋转软化效应下的振动响应与结构特性,分析了叶片材料的晶体取向、元素含量与磨损的关系,根据磨损机理(如摩擦、微切削、疲劳裂纹等)研究了相对应的冲撞侵蚀量化模型,总结了仿真与试验等手段在不同弹丸参数对叶片侵蚀研究中的应用,对抛丸机叶片瞬时碰撞分析技术进行了展望。

砂带磨损对螺杆转子磨削去除深度影响分析

为保证螺杆转子表面磨削加工材料去除的均匀性,考虑砂带磨料磨损对磨削去除深度的影响,建立螺杆转子材料去除深度数学模型。根据弹塑性变形理论,结合磨削过程中磨粒的磨损规律,建立单颗磨粒材料去除率理论模型。将磨粒的磨损分为快速磨损阶段和稳定磨损阶段2个阶段。基于单位接触面积上磨粒的数目和磨粒的出刃规律,运用数值积分和接触压力计算出磨粒的最大切削深度,利用积分建立基于砂带磨损的宏观材料去除率数学模型。该数学模型考虑了砂带的磨损,其预测值和试验值相比,最大误差为9.6%,最小误差为4.1%。该试验数据充分验证了模型的有效性,可以为保障螺杆转子廓形精度提供理论基础。

ELID高效磨削机理仿真研究

为了揭示ELID高效磨削的机理,首先,基于单颗磨粒与工件接触模型,借助有限元方法研究了氧化膜厚度y、磨粒突出高度h、下压位移z对单颗磨粒压入深度m的影响。通过回归分析,获取了单颗磨粒压入深度m的预测模型。然后,根据砂轮表面磨粒突出高度概率分布函数,建立了不同突出高度磨粒与工件的接触条件。通过对磨粒有效突出高度的离散化处理,提出了磨粒不同突出高度的离散区间的概率计算模型,最后运用概率统计学的方法得到了材料去除率模型。结果表明:ELID磨削砂轮表面生成的适当厚度的氧化膜会使得单颗磨粒压入深度m增大,尤其是突出高度较小的磨粒。氧化膜的弹性变形大,使得更多的磨粒参与工作,材料去除率理论上最大可增加48%。

粉末冶金法制备高熵合金黏结相硬质材料研究进展

传统硬质材料黏结相Co在高温下易软化是限制其应用的重要因素,高熵合金的开发弥补了这一缺陷。高熵合金是由多种金属元素形成的固溶体,与Co相比进一步改善了硬质材料的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性能,在切削加工领域具有广阔的应用前景,逐渐成为金属材料的研究热点。本文对近年来粉末冶金法制备高熵合金黏结相硬质材料的研究进行综述,具体包括硬质材料基体、高熵合金粉末制备方法、高熵合金硬质材料的烧结方法和高熵合金对硬质材料的影响机制,并对存在的不足进行总结与展望。

磁弹磨粒几何特征对刀具刃口的影响研究

针对双磁盘磁力刀具钝化中磁弹磨粒的不规则形状、不确定尺寸等几何特征,仿真研究了磁弹磨粒几何特征对刀具刃口材料去除的影响。基于ABAQUS有限元仿真软件建立磁弹磨粒冲击刀具刃口模型并进行仿真,分析磁弹磨粒冲击角度、几何特征等参数对刀具刃口的应力应变、冲击深度和冲击过程中能量转换的影响规律。

基于ABAQUS的YW1织构刀具切削仿真与试验研究

在硬质合金刀具表面植入微织构有利于提高刀具的切削性能。为深入探究织构化刀具对TC4钛合金加工性能的影响,设计一定几何参数的织构化刀具,通过调整刀具织构参数和加工参数对TC4钛合金进行切削仿真与试验分析,从切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形貌、加工工件表面质量等方面评价刀具的切削性能。结果表明:带有微织构的硬质合金刀具对改善工件应力分布状态有积极作用,能降低切削力,缓解刀具瞬间的高温聚集,减小磨损面积,改善切屑的形貌,形成良好的工件表面质量;在不同形态织构刀具中,横向沟槽织构刀具(T3)改善切削力和降温效果最优,圆形织构刀具(T4)温度梯度分布最优;微织构的存在一定程度上提高了刀具的抗黏附性能,其中,横向沟槽织构刀具(T3)前刀面处磨损面积最小,减摩抗黏性能最好,能形成较好的工件表面质量。

断屑槽几何参数对切削Ti6Al4V性能及能量损耗的影响

为探究断屑槽几何参数影响车削Ti6Al4V钛合金的能量损耗问题,基于ABAQUS仿真软件建立PCD断屑槽刀具车削Ti6Al4V钛合金的仿真模型,采用单因素法探究梯形断屑槽参数(前角α、棱带宽b_(r)及反屑角θ)对切削力以及刀尖温度的影响。建立多指标正交试验,采用极差分析法探究各因素对性能和能量损耗的影响程度。分析试验结果表明:当α=15°,b_(r)=0.07mm,θ=25°时的切削性能最佳,能量损耗最低。

工业机器人奇异规避轨迹规划方法

针对激光追踪仪测量工业机器人定位误差测量中出现的六轴机器人运动学奇异问题,提出了奇异区域预测及实时优化的奇异规避轨迹规划方法。以国产配天AIR50-A机器人为研究对象,建立六自由度串联机器人运动学模型,解算机器人笛卡尔空间与关节空间映射关系。基于雅克比矩阵与奇异位形的关系模型,分析和预测机器人运动轨迹中存在的奇异区域。当机器人末端处于奇异区域或奇异预测域时,记录初始关节角序列作为奇异区域轨迹规划输入,利用五次多项式插值方法迭代更新奇异区域内的轨迹路径,机器人既定的运动路径与更新后的奇异规避路径结合形成机器人新的规划轨迹路径,保证机器人关节角运动学参数连续性的同时,规避奇异区域。实验结果表明,提出的奇异预测域及实时优化的奇异规避轨迹规划方法,能够抑制机械臂奇异区域附近关节角速度的激变,减少奇异位形对机器人运动性能的影响。

基于柔性机构的二维共面精密运动平台设计与实验

基于复合簧片型柔性导向机构设计了一种大行程二维共面精密运动平台,运用材料力学弯矩变形理论分析了平台的刚度和最大行程。在满足材料最大应力约束的条件下,对导向机构进行结构参数设计,加工精密运动平台实验样机,搭建了平面度测量平台。对16mm×16mm行程内运动平面的平面度测量实验分析结果表明,x轴直线度误差为0.08μm,y轴直线度误差为0.11μm,平面度为(0.26±0.12)μm。