模具CAD/CAE/CAM课程的教学改革与实践

模具CAD/CAE/CAM作为浙江科技学院的重点课程建设项目,在课程内容体系、教学方法手段和考核方式等方面进行了教学改革与实践:围绕应用型本科人才的培养目标,强化课程教学内容中案例教学和设计实践训练的比重,构建了课程内容体系的4个层次,建立课程的网络辅助教学平台和多元化的综合考核方式。经过数年的改革和实践,取得了良好的教学效果。

基于拉深孔成形技术的杯形件拉深数值模拟

分析了拉深孔成形时的力学机理,并以杯形件为研究对象,进行拉深孔成形有限元模拟,同时分析了拉深后拉深件的危险断面处厚度减薄率和成形极限图(FLD)。分析结果表明,拉深孔排列规律、密度和孔径变化对板料的极限拉深高度有很大影响。

面向应用型本科人才培养的模块化课程体系改革

应用型本科教育在中国是一种尚在探索中的高等教育类型,浙江科技学院借鉴德国应用科学大学(FH)的成功经验,进行了面向应用型本科人才培养的模块化课程体系改革探索。例证了材料成形及控制工程专业在理论教学体系构建、理论教学体系和实践教学体系的关系、实践教学体系层次构建等方面进行的模块化改革,以期能为中国高校应用型人才培养提供参考。

基于高斯映射的柱面与锥面点云拟合

由于点云数据中存在噪声的影响,采用基于点云数据的拟合算法对圆柱面和圆锥面拟合时进行,获得的拟合初值不稳定,从而严重影响了最终拟合曲面的准确性。针对这一重要问题,提出了一种高斯映射方法来获得良好的拟合初值算法。该算法将柱面和锥面的单位法矢映射到单位球上,形成高斯映像。利用聚类分析方法剔除高斯映像数据中的噪声,获得干净的高斯映像数据,利用这些干净的高斯映像数据获得准确的轴线方向和轴线位置,确定了较好的拟合初值,最后采用非线性最小二乘方法获得准确的柱面和锥面。

基于控制变量法的注塑成型模具温度场

分别采用自主研制的模具温度测量装置和Moldflow 2013专业版软件实时监测和模拟了聚丙烯材料注塑成型过程中模具内部的温度场变化,模拟与实测的结果有良好的吻合度。采用控制变量法研究分析了注塑成型工艺参数对模温的影响,发现冷却水和保压时间是影响模温变化的关键工艺变量,而熔体温度是次要变量。研究结果为高分子材料注塑成型过程的温度场控制的设计提供了实验依据。

用椭圆角凹模消除水管接头盖成形缺陷的研究

为了消除某机械产品的水管接头盖成形缺陷,提出了一种凹模口部设计成椭圆角的工艺方法,分析了椭圆角凹模拉深的力学特征,阐明了这种结构能提高板坯成形极限成形能力的技术关键;以带凸缘的杯形件为研究对象,建立椭圆角凹模口部的有限元模型,运用ANSYS/LS-DYNA分别进行了杯形件拉深模拟,模拟结果显示,椭圆角凹模口部极大地提高了板料的极限成形能力;最后,采用椭圆角凹模消除了该零件成形裂缝问题。

变凸模运动曲线对板料成形极限性能的影响

研究影响板料拉深失稳的因素大都忽略凸模运动曲线对板料成形极限性能的影响,利用伺服压力机可加载任意滑块速度和位移,以筒形件拉深为研究对象,加载了不同的凸模运动曲线,采用ANSYS/LS-DYNA进行拉深模拟并经实验论证。结果表明,不同的凸模运动曲线对拉深件厚度减薄率分布会产生很大的差异,其中台阶式凸模运动曲线对提高板料极限成形能力最为显著。

面向CAD/CAM技术的自由曲面测量方法

针对自由曲面的CAD/CAM建模造型过程,三坐标测量数据获取和数据处理方法是实现CAD/CAM技术的基础。探讨采用点接触式三坐标测量机对自由曲面进行检测时,面向CAD/CAM造型设计过程的自适应测量方法中的相关技术。

平底不等高浅盒形件的展开计算研究

现有毛坯展开计算方法对平底等高且规则的盒形板壳件比较有效,而对于平底不等高盒形件展开尺寸及形状的计算却显得有些不足。为此,在盒形件拉深成形的力学和几何条件的基础上,提出了一种简便的平底不等高盒形件毛坯展开计算方法,并经安装板盒形件的生产实践验证了该方法是可行的,具有推广价值。

拉深变压边力机构的设计

针对拉深压边力的理想变化需求,根据凸轮机构运动的特点,设计了一种凸轮斜块组合式变压边力机构。通过凸轮将上滑块的运动转换为斜块的纵向运动,从而调节拉深模中弹簧的压缩量而改变压边力;通过改变凸轮的轮廓曲线、初始位置和转动角度或斜块的倾斜角,可实现预期的压边力变化。

薄板拉延过程中变压边力加载曲线的研究

压边力是薄板拉延成形过程中的重要工艺参数之一,变压边力可避免拉延起皱或破裂等缺陷。通过分析薄板拉延变压边力的力学机理,计算了指定圆筒形件采用多点压边变压边力加载装置时各压边点不起皱和不拉裂的临界压边力Qzi和Qli,分析了各压边点的变压边力加载曲线,证实了多点变压边力控制的可行性,认为变压边力技术在拉延成形中有较佳实践意义。

Ni基钎料炉中钎焊邦迪管接头的组织结构分析

采用炉中钎焊的方法,在氮气保护性气氛中,实现了Ni基钎料钎焊邦迪管和低碳钢管接头的钎焊。对钎焊接头进行了外观分析,并研究了镍基钎料成分对钎缝组织结构和成分分布的影响。结果表明:采用Ni-P-Cu及Ni-P-Cu-Si钎料钎焊邦迪管和低碳钢是可行的;焊缝组织以Ni-P共晶体为主,其组织均匀致密;添加少量Si元素可促进钎料中Ni,Cu元素向母材的扩散以及母材Fe元素向熔融钎料的溶解,同时提高钎料的流动性,使得钎缝饱满光滑。

邦迪管Ni基钎料钎焊及焊缝组织分析

以镍(Ni)基钎料代替价格较高的银(Ag)基钎料对邦迪管-低碳钢管进行氮气保护下的炉中钎焊试验,并对焊缝成形性及其组织结构进行了分析。结果显示,采用Ni基钎料可实现邦迪管-低碳钢管的焊接,焊缝饱满致密,无气孔、夹杂。焊缝两侧靠近基材过渡区为粗大的固溶体组织,中心区为Ni固溶体和细小的Ni-P共晶颗粒。邦迪管镀层Cu熔点低,与液态钎料的Ni原子互扩散形成固溶体组织,即钎料向母材扩散和母材向钎料溶解;而低碳钢一侧以Ni的扩散为主。

多壁碳纳米管填充聚苯乙烯复合体系的动态流变特性

应用两相模型探讨多壁碳纳米管(MWCNTs)填充聚苯乙烯(PS)复合体系的动态流变特性.结果表明,体系线性黏弹行为与PS本体的应变放大效应及MWCNTs填料相的弛豫密切相关.在不同温度下,应变放大因子(Af)随MWCNTs体积分数(φ)的变化规律符合扩散控制的粒子串聚集(CCA)模型.φ<0.020时,MWCNTs分散较均匀,温度变化对Af-φ关系无显著影响.φ较高时,MWCNTs形成聚集体,Af随温度升高而显著降低.填料相特征动态模量(G′f1与G″f0)随温度的变化符合Arrhenius关系,且活化能(E′a与E″a)在φ=0.025附近发生不连续变化,说明温度对均匀分散的MWCNTs(φ<0.020)与MWCNTs逾渗网络(φ>0.025)的黏弹行为具有不同的影响规律.复合体系黏弹逾渗现象与导电逾渗密切相关,导电逾渗转变上限浓度范围为φ=0.020～0.025.

多加强肋胀形可行性补充条件及有限元数值模拟

金属板壳件的多加强肋需一次成形,而现有单加强肋胀形可行性条件不能直接用来判断多加强肋能否一次成功胀形。将多加强肋间区域视为反向加强肋,在其许用变形程度比正向加强肋小的前提下,提出了多加强肋胀形可行性的补充条件。建立了单加强肋、近距分布及远距分布多加强肋的3种板壳件模型,运用ANSYS/LS-DYNA完成了其胀形成形的有限元数值模拟。厚度减薄率和成形极限图的模拟结果验证了多加强肋胀形可行性补充条件的有效性。多加强肋之间的距离是决定其能否一次胀形成形的关键因素。

多壁碳纳米管填充聚苯乙烯熔体的恒温依时性动态模量逾渗行为

在恒温(170～190℃)热处理过程中,多壁碳纳米管(MWCNTs)填充聚苯乙烯(PS)熔体发生动态模量逾渗(DMP)行为,且该行为服从时-温叠加(TTS)原理.MWCNTs体积分数(φ)低于逾渗阈值(φc)时,填充熔体在恒温热处理过程中保持类液行为,热处理对MWCNTs分散状态无显著影响,动态储能模量(G')与动态损耗模量(G″)活化能(EG'与EG″)分别高于、低于PS黏流活化能(Eω),而与PS熔体恒频动态模量活化能相一致;φ>φc时,热处理促成MWCNTs进一步团聚,填充熔体在热处理过程中发生类液-类固转变,EG'与EG″均低于Eω,而动态逾渗时间活化能(Et'与Et″)显著高于Eω且随φ增高而增大.在逾渗转变区,EG'与EG″发生不连续变化.PS/MWCNTs复合体系的恒温依时DMP行为与MWCNTs聚集所导致的三维弹性网络的形成密切相关,PS大分子终端松弛不是决定DMP的关键因素.