阶梯式项目驱动的工程实践教学改革与探讨

针对当前工程实践教学过程中存在的教学模块或工序间缺乏有效衔接、教学方法与组织形式缺乏创新、教学效果评价方法粗放等不足,从工程教育专业认证对高校人才培养的要求及用人单位的实际需求出发,以培养学生解决复杂工程问题的能力为导向,开展教学改革研究。深入挖掘现代工程实践教学丰富内涵,立足逆向工程实践教学模块,搭建现代制造综合实践教学平台;基于对若干具体复杂工程问题的分解和分析,针对不同学生群体定制化开发梯度式、多层次、模块化实践教学项目,从教学内容、教学模式、教学团队建设及管理考核机制等多维度出发,探讨依托项目式教学培养学生解决复杂工程问题能力的实践方法,为工程训练中心综合实践教学平台的建设及项目式驱动教学的实施提供参考与借鉴。

考虑主轴-刀柄结合面特性的机器人铣削系统刀尖频响预测研究

针对机器人铣削系统刀尖频响具有位姿依赖特性,导致机器人变位姿加工时稳定性难以准确预测、加工颤振难以有效控制的问题,提出一种考虑主轴-刀柄结合面接触刚度的机器人铣削系统刀尖频响预测方法。基于欧拉拉格朗日法与吉村允孝单位面积法,分别构建了机器人本体动力学模型与主轴-刀柄结合面接触刚度模型,进而基于有限元主副自由度理论将机器人本体动力学模型与主轴-刀柄结合面接触刚度模型结合,构建了机器人铣削加工系统刀尖频响预测模型。开展了机器人不同位姿下刀尖频响预测验证实验,结果表明,仿真与实验得到的刀尖频响函数相比,固有频率最大误差为6.63%,对应幅值最大误差为9.80%,验证了所提出的预测模型的准确性,证明了该模型能够实现机器人任意位姿下的频响函数准确预测。

淬硬超高强度钢45CrNiMoVA硬车削加工性研究

为避免淬硬钢磨削工艺易引入残余拉应力以及大量使用切削液对环境造成严重污染的问题,采用硬车削代替磨削的加工方法。针对淬硬-回火45CrNiMoVA钢进行以车代磨工艺的研究,分析硬车削过程中的切削力、加工表面形貌、残余主应力及显微硬度。结果表明,切削力随切削深度和进给量的增大而增大,切削速度的改变对切削力的影响不大;硬车削后工件表面形貌一致性良好,表面粗糙度Ra值可达0.64μm;残余主应力随进给量和切削深度的增大而减小,随切削速度的增大先减小后增大;最大残余主应力的方向角随切削速度与切削深度的增大在37°~45°范围内保持稳定,随进给量的增大在22°~45°范围内先增大后保持稳定;表面显微硬度随切削速度的增大而减小,硬车削后表面显微硬度提高了13%,硬化层深度约200μm。

镁合金低温切削性能及工艺参数优化

为改善镁合金的切削加工性能及加工表面完整性,优化切削加工工艺参数,基于拟水平法设计了四因素四水平正交车削试验,研究切削三要素以及切削介质(常温干切、液态二氧化碳和液氮)对ZK61M镁合金车削加工表面完整性的影响规律。实验结果表明:切削深度对切削力的影响最显著,进给量次之,切削速度的影响较小,低温切削能降低切削力,但对切削力的影响不显著;进给量对表面粗糙度和残余应力具有显著影响,随着进给量增大,表面粗糙度增大,并引入表面残余拉应力;冷却介质对表面粗糙度和表面残余应力具有次显著影响,相比于常温切削,采用低温切削能有效降低加工表面粗糙度,细化表层晶粒,增大表面残余压应力,同时,采用液态二氧化碳作为冷却介质的效果优于液氮。基于灰色关联分析得到ZK61M镁合金低温切削的最优工艺参数:v_(c)=100 m/min,f=0.05 mm/r,a_(p)=0.4 mm,采用液态二氧化碳作为冷却介质。用关联分析结果建立了工艺参数与加工质量间的响应预测模型,平均误差为7.93%。

高压静密封表面微织构设计及其密封性能的有限元分析

目的提升金属高压密封环的静密封性能,保证HPD柴油机油泵体的密封效果。方法基于逾渗理论与静密封原理,采用有限元仿真分析,研究密封环接触区微织构结构及分布特征对密封性能的影响规律,进而设计出在特定工况下密封环微织构的分布特征与几何尺寸。结果在给定的工况下,确定在泵盖表面构造5处环状圆弧截面微织构。分别为:处于密封环上端面中心位置处,深度为30μm、宽度为200μm微织构;距密封环上端面中心位置0.3 mm左右两端,深度为15μm、宽度为220μm微织构;距离密封环上端面中心位置0.7 mm左右两端,深度为3μm、宽度为260μm微织构。所设计的微织构在不减少有效接触宽度的前提下,显著提升了局部接触压强值,从而提升了高压接触区密封性能。结论微织构的存在会显著提升微织构两侧的接触压强峰值,且不影响其他接触区的接触压强分布。弧形截面的微织构相较于其他形状截面,性能最优。随着微织构深度的增加,接触压强峰值增加,但接触压强变化幅度越大,接触状态越不稳定;随着宽度的增加,接触压强峰值减小,但接触压强变化幅度越小,接触状态越稳定。多个微织构的密封环相比于单个微织构,接触状态有一定程度的改善。

相态对镍钛合金清洁切削性能和表面完整性的影响

针对镍钛合金的高效高速清洁加工,通过干切削、二氧化碳及液氮低温切削等清洁切削技术,设计了镍钛合金在不同相态下的切削实验,对切削性能、表面完整性指标进行了对比分析,研究了材料相态和切削参数对镍钛合金切削加工的影响规律。研究结果表明,马氏体相切削力最大,奥氏体相切削力最小,前者可达后者的1.04~3.84倍;切屑中存在Ni、Ti、O、C四种元素,主要以TiO_(2)和NiCO_(3)形式存在,两种化合物的生成量随切削温度变化,进而导致切屑颜色随工艺参数发生变化;当进给量较小时,奥氏体相加工表面粗糙度Ra值最大,马氏体相Ra值最小,前者可达后者的1.24~1.66倍;在马氏体相切削条件下,当切削速度为130 m/min、进给量为0.05 mm/r、切削深度为0.2 mm时,Ra值达到最小值0.73μm。

基于工艺控制与基体处理的类金刚石涂层性能优化技术研究综述

类金刚石涂层(DLC)因其高硬度、高耐磨性、低摩擦因数等特性被广泛用作机械零部件润滑防护涂层,但传统的DLC涂层在高速、重载及高温等苛刻工况下易发生摩擦因数升高、开裂及鼓包/起皮并从基材脱落进而导致涂层润滑防护失效。基于工艺控制及基体处理2个方面,从涂层的沉积工艺、元素掺杂、过渡层的添加及渗氮渗碳、改变粗糙度、加工表面微织构等手段对提升DLC涂层服役性能的优化措施进行综述;针对提高DLC涂层服役性能的措施进行理论分析,并提出未来的研究方向,如建立规范统一的高性能DLC涂层的制备工艺及性能表征方法,进一步探讨不同基体粗糙度对涂层机械啮合力的影响,以及微织构的尺寸效应及对DLC涂层的热应力缓释作用。