陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状

陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。

CFRP/7050复合材料叠层制孔参数研究

数字化制孔凭借高精、高效、高一致性优势在飞机蒙皮叠层制孔中应用日益广泛,其参数的合理性直接影响制孔质量与精度,进而影响飞机的质量与寿命。为获得高精、高效的复合叠层制孔参数,以碳纤维增强型复合材料(CFRP)/铝合金(7050)叠层为研究对象,开展叠层制孔参数研究。设计两次正交试验研究制孔参数对孔径的影响,以主效应图为工具,分析第一次正交试验结果,初步明确各参数对孔径的影响趋势;进而优化正交试验参数取值区间,设计并实施第二组正交试验,结合两组正交试验结果,获得最佳制孔参数。针对该参数的工程实用性,从参数制孔能力、刀具加工寿命两方面进行实验验证。同时,为减少参数研究工作量,将经过验证的制孔参数在工况相同、孔径相近的制孔场景下进行拓展应用研究。在满足制孔精度的前提下,通过制孔能力和刀具制孔寿命实验,验证了拓展应用的可行性,并得到该参数适用的孔径范围,有效减少了制孔参数研究的工作量,提高了制孔参数研究效率。

涂层刀具高速铣削高硬度淬硬钢切削力研究

采用四种不同涂层硬质合金铣刀高速铣削四种不同硬度的淬硬钢材料,研究了刀具涂层成分、工件材料硬度以及切削工艺参数(切削速度、每齿进给量、轴向铣削深度和径向铣削深度)对切削力的影响。研究表明:随着切削速度的增大,淬硬钢P20和S136的切削合力影响较小,而对于淬硬钢SKD11和PM60,改变切削速度对切削合力影响显著。随着切削速度的增大,四种不同涂层刀具切削淬硬钢S136产生的切削合力先快速增大后缓慢减小,刀具切削力大小顺序一直保持为TiSiN>CrSiN>AlCrN>TiAlN,其中TiAlN涂层相对于其余三种刀具涂层在降低切削力、减少工件与刀具之间的相互摩擦具有优势。切削参数的变化对切削力的影响与淬硬钢工件硬度的变化存在相互影响,淬硬钢硬度低于HRC55时,切削工艺参数的变化对于切削力的变化影响不明显;而当淬硬钢硬度高于HRC60时,随着切削工艺参数的增大,切削力发生显著变化。

基于改进爬山算法的显微自动对焦系统

为了更好地解决显微装置快速自动对焦与精准定位对显示图像清晰度的影响问题,文章通过改进爬山对焦算法在反向搜索判据方面的合理取值,提升了完成对焦后的图像清晰度,优化了自动对焦的速度,有效地提升了显微装置系统图像的高清晰度快速自动对焦性能。实验结果表明:基于改进爬山算法,图像对焦速度方面提高了35.92%,图像清晰度方差值提升了6.32%,有效地提高了显微装置系统的对焦速度和精度。

基于贝叶斯优化Bi-LSTM的刀具磨损状态监测模型

针对刀具磨损在线监测过程中信号特征较弱、外界噪声干扰较大导致的预测准确度较差问题,提出了一种基于贝叶斯优化(BO)双向长短时记忆网络(Bi-LSTM)的刀具磨损状态监测模型。结合斯皮尔曼相关系数和最大互相关系数来筛选降噪后切削力信号的时域、频域及时频域特征,输入到建立好的Bi-LSTM模型进行训练;针对Bi-LSTM模型参数组合对精度影响大且难以选择的问题,采用贝叶斯优化算法进行超参数寻优;利用铣削加工实验对模型进行验证。结果表明,该方法能快速得到模型最优超参数,同时兼具稳定性和准确性,与其他深度学习模型相比,准确率更高,实验证明了该模型的有效性和可行性。

低温冷风微量润滑在30CrMnSi结构钢切削加工中的应用

低温冷风微量润滑技术是结合微量润滑技术与低温冷风技术的先进清洁切削技术,通过对30CrMnSi结构钢材料低温冷风微量润滑的冷却工艺参数与转速、进给速度及背吃刀量等切削工艺参数的适配性研究,在充分发挥低温冷风微量润滑技术的绿色环保优势前提下,确保生产效率与质量,实现绿色制造,并显著提高局部区域表面质量。

有限元技术在航空薄壁件立铣变形分析中的应用

提出了研究薄壁件加工精度的系统方案,并运用ANSYS5.7有限元分析软件,结合受力模型,对薄壁件加 工变形进行了分析计算,结果与实际加工情况相符.

薄壁叶片精密加工装夹方案设计与优化

针对航空发动机薄壁叶片刚性弱、加工工艺性差、加工过程中易发生弹性变形等问题,提出了无预载荷、有轴向拉压载荷的装夹方案,分析了3种装夹方案中的弯曲和扭转变形,建立了叶片的弯扭组合变形数学模型。通过对叶片弯扭组合变形数学模型的分析,得出了3种装夹方案下叶片几何尺寸与叶片加工变形位置的关系,以及拉压载荷对叶片加工变形的影响规律。

球头铣刀加工后的构件表面残余应力实验研究

考虑不同切削条件(包括转速、切削深度及进给量)对球头铣刀加工表面残余应力影响的情况下,系统研究了抗氢脆不锈钢球头铣刀切削后的构件表面残余应力。结果显示:球头铣刀加工后的构件表面残余应力呈现压应力状态;亚表层残余应力随着亚表层厚度的增加而减小,最后趋于稳定,稳定值可认为是材料的初始残余应力;转速、轴向切削深度与构件的表面残余应力幅值正相关;进给速度与球头铣刀加工后的构件表面残余应力幅值负相关。研究结果可为球头铣刀加工表面残余应力的理论建模、抗氢脆不锈钢的切削参数优化以及实现抗氢脆不锈钢构件的高性能制造提供参考。

基于定位器的飞机大部件调姿系统静刚度

针对飞机数字化装配系统应具有良好姿态保持特性的要求,以典型的基于4个三坐标定位器支撑的飞机大部件位姿调整系统为研究对象,分析大部件在外力作用下,力与位姿变化之间的关系,建立系统的静刚度和单向刚度模型,有利于分析和评价系统的姿态保持特性.分析静刚度对系统精加工误差的影响,并得出系统设计过程中在考虑刚度要求时需要遵循的原则.采用有限元软件对模拟机身样件处于目标位姿时系统的静刚度进行计算,并与解析模型计算结果进行对比分析.结果表明,有限元法与解析法计算得到的系统静刚度基本相同,从而验证了解析模型的正确性.

毛坯开槽方式中零件加工变形的演变机理与控制方法

广泛用作飞机薄壁整体结构件毛坯的铝合金厚板,在制造过程中出现的塑性变形不均匀性将导致残余应力的产生。高速铣削过程中残余应力的释放将引起飞机薄壁整体结构件的加工变形,这严重影响加工质量。因此,建立了毛坯释放变形后零件铣削的有限元仿真方法,挠度解析法的计算结果和实验测量的数据均验证了有限元仿真值无论是在趋势上还是变形量上均高度吻合。利用有限元方法揭示了开槽方式对毛坯释放变形的影响规律,分析了零件加工变形与毛坯释放变形之间的关系。结果表明:毛坯释放多大变形量,零件就能减小多大的变形量。在建立毛坯释放变形预测模型的基础上,提出了开槽方式的遗传算法优化方法,随机测试集表明神经网络的预测精度高达95%左右,而三框件在最佳开槽方式下能减小34.5%的变形。

三坐标测量机动态精度影响因素

以静态测量方式为主的三坐标测量机已不能满足高速测量的要求。在分析动态误差对测量精度的影响基础上,对三轴空间位置、测头运行参数、测量速度分别进行了定量数据采集和比较分析。结果表明:各个动态误差因素之间不独立,共同影响测量机的测量精度。有针对性地提出了减少动态误差的途径,为高速测量机的设计和使用提供了参考依据。

基于LabVIEW的车床动态刚度测量系统研究

针对虚拟仪器技术在组建测试系统上的巨大优势,研究了基于虚拟仪器技术实现车床动态刚度在线自动测试的方法,推导了车床动态刚度在线测试的理论公式,阐述了基于虚拟仪器技术的车床动态刚度测试系统的硬件组成,以及利用LabVIEW软件开发平台实现了该系统的具体方法。利用该系统绘出车床动态刚度曲线,直观展现了车床的不同部位的刚度,为车床加工精度的研究提供了数据。

端铣加工表面误差预报模型

通过对工艺系统的受力分析,考虑整个工艺系统的受力变形对表面加工误差的影响,提出了端铣加工表面误差的静态预报模型.该模型可以对复杂表面形状零件的端铣加工表面误差进行预报.针对通用有限元程序计算耗时较长的特点,设计了一种适用于本系统的有限元计算新方法,缩短了计算时间.同时开发了端铣加工表面误差预报的软件,可应用于CAD/CAM/CAE软件包.经实验验证,该模型预报结果和实测值有很好的一致性.

飞机整体结构件加工变形的初始残余应力-初始几何误差耦合影响与控制

随着高速铣削中材料的去除,毛坯初始残余应力的释放必将引起飞机整体结构件的加工变形。分析具有初始几何误差的毛坯初始残余应力释放造成的加工变形是控制加工质量的核心,对于实现加工过程的精密化至关重要。建立加工变形的力学模型及其相应的有限元方法,揭示毛坯初始几何误差对零件变形的影响规律。以最小变形为目标建立加工位置的优化模型,根据相邻两个加工位置的增量不超出阈值这一条件,提出优化模型的步长递减算法。计算结果表明:无论变形趋势还是幅值,三框整体结构件加工变形的模型计算值、有限元仿真值与试验结果均非常吻合;毛坯有初始几何误差与无初始几何误差两种情况下,三框整体结构件的最佳加工位置分别为22.7543 mm和23.265 mm,相应的零件变形值分别为-0.006 mm和-0.007 mm;毛坯无初始几何误差时,零件在位置22.7543 mm处的变形为0.043 mm;毛坯有初始几何误差时,零件在位置23.265 mm处的变形则为-0.144 mm;所得结果进一步验证了毛坯初始几何误差对零件变形具有极大影响。

砂带抛光工艺参数对TC17表面粗糙度的影响规律研究

在航空发动机整体叶盘、叶片加工工艺中,常采用砂带抛光方法去除铣削残留高度和表面缺陷,其中抛光工艺参数对加工表面粗糙度具有显著影响。针对航空发动机整体叶盘、叶片用TC17钛合金材料,基于正交试验研究了砂带抛光工艺参数对表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:砂带抛光得到的钛合金材料表面粗糙度均在Ra 0.2μm以下;高目数氧化铝砂带抛光后的表面粗糙度更小,在特定加工参数下表面粗糙度能够达到Ra 0.1μm;分别使用低目数和高目数氧化铝砂带进行抛光时,砂带线速度对抛光表面粗糙度的影响规律相同,而砂带进给速度和下压量对表面粗糙度的影响规律不同。在本文研究工作的基础上,推荐采用200目砂带抛光TC17钛合金材料,工艺参数域为Vc[17m/s, 19m/s],ap[0.2mm, 0.4mm],Vp[60mm/min, 180mm/min]。

计算机辅助加工工件变形分析方法

为达到迅速、准确、合理地确定切削加工工艺参数的目的,将有限元方法和人工神经网络运用于计算机辅助加工工件变形分析中,通过合理的系统设计,实现了对工件切削加工变形量的准确预报和对加工参数的正确优化.实际生产证明,采用本方法优化确定加工参数,达到了预期的目标,有效地降低生产成本,提高了生产率.

复合涂层在高速钢钻头上的应用

高速钢刀具韧性好,不易折断和崩刃,对高速钢刀具进行PVD涂层可大幅提高其切削寿命。采用TiN、AlCrN、TiN+AlCrN三种PVD涂层高速钢钻头在相同钻削条件下进行对比分析,研究表明,相对于单一涂层,TiN+AlCrN复合涂层钻头的寿命更高,在部分工况下可以代替硬质合金钻头。

基于ANSYS的变截面细长轴电解磨削加工研究

为减小变截面细长轴类零件电解磨削中的弯曲变形,用可变载荷随动电极来支撑加工中的工件,并利用ANSYS软件对典型变截面细长轴顶头零件进行电解磨削加工的有限元仿真研究,对使用普通随动电极和可变载荷随动电极的工件变形规律和应力变化情况作了对比分析。其结果表明,可变载荷随动电极将工件最大弯曲变形从27.9μm降到9.8μm,最小弯曲变形从19.5μm降到6.7μm,极大地减少了工件加工中的变形量。通过加工实验验证结果表明,可变载荷随动电极能减少工件加工时的弯曲变形,有效提高工件的加工精度。

机床爬行的仿真研究及控制措施

通过理论分析和数字仿真说明机床爬行的机理和原因, 并针对各种原因全面介绍了国内外相应的防止方法和具体措施。