材料去除过程中Rehbinder效应的研究进展

精密机械加工过程中,利用Rehbinder效应对工件表面特性的影响,可以更好地控制零件表面质量。不同工程材料的Rehbinder效应的微观表现形式有所差异,但宏观结果都是降低工件表面硬度,使材料去除过程更容易进行。回顾了Rehbinder效应概念的提出和发展过程并对其内涵和应用范围进行了阐述,为加工过程中的材料去除方法提供思路,对材料表面完整性的形成具有指导意义。列举了近年来科研人员对Rehbinder效应的相关研究成果,分析对比其在硬脆材料和塑性材料加工过程中的表现形式和微观作用机理,总结Rehbinder效应的影响因素,如极性分子的吸附活性、工件材料的晶粒尺寸等。揭示了Rehbinder效应中极性分子的吸附作用,以及吸附作用后的扩散、位错和间隙三种促进机制,并综述离散元法、有限元法和分子动力学等数值仿真方法对宏观尺度和微观尺度Rehbinder效应机理的研究。Rehbinder效应可以看作是一种对加工表面的改性机制,研究Rehbinder效应作用下的表面活性剂与被加工表面的匹配机制是提高材料表面完整性的关键,对推动精密制造工艺的发展有重要意义。

微钻头刚度的有限元分析

模拟微钻头螺旋槽和后刀面的刃磨过程,用Unigraphics(简称)软件建立微钻头的三维实体模型。以非共轴螺旋面钻尖为研究对象,分别改变钻芯厚度与钻头直径之比、钻头的螺旋槽长度以及螺旋角,利用有限元软件ANSYS对钻头的扭转刚度、弯曲刚度和受压刚度进行计算分析,为钻头的结构优化设计、提高刀具切削性能和耐用度的研究提供了基础。

磁致冷却效应的试验装置

磁致冷却效应即磁热效应,导磁材料在磁化过程中,内部趋向于磁有序,若此时去除磁场就会使得导磁材料内部重新回到磁无序状态,这个过程需要从外界吸收大量的热量,从而达到冷却和制冷的效果。本研究搭建了一套磁致冷却测试系统,包括永磁体试验平台和Labview测温程序两部分,利用这套系统可以实现磁场—热量转化过程的直观观察和分析,可以用于相应的电磁传热学机理研究及相应的教学示范。

刀具-切屑接触区的应力分布建模方法研究

刀具-切屑之间的接触区特性对切削过程中的切削力、切削热及刀具磨损等均有较大影响。利用UMT-2高速球-盘摩擦试验机进行硬质合金球(模拟刀具)和Al7050-T7451(模拟工件)的摩擦试验。测量摩擦后得到的沟槽三维形貌和硬质合金球上的磨痕形状,对硬质合金球和Al7050-T7451盘之间的三维接触应力状态进行分析计算,进而建立考虑相对运动速度和接触应力的滑动摩擦因数表达式。提出刀具-切屑接触区几何尺寸和应力分布的计算方法,设计正交车削试验测量主切削力和吃刀抗力,进而通过计算获得不同切削速度下的刀具-切屑接触长度、接触长度上黏结区的长度、以及黏结区、滑动区长度之比,从而量化不同切削条件下刀具-切屑的接触状态。

磁场辅助加工的研究现状及其发展趋势

将高密度能量场(声、光、电、热、磁等)引入加工区域,辅助或直接形成材料去除是先进制造技术发展的一个重要方向。磁场辅助加工是能量场加工中出现较早的一个技术,其原位吸热和主动控制残余应力的特点,预示了这一技术在材料加工领域的巨大应用前景。从加工过程的磁致效应、工具/工件磁化加工、磁场辅助加工基本理论三个方面对磁场辅助加工的发展现状进行了综述,并对其未来的发展方向进行了展望。

前起落架转弯操纵系统设计及其余度控制技术研究

以某型前起落架转弯操纵系统为研究对象,结合多体动力学建模及其机构仿真对控制系统进行分析与设计,满足其精确转弯与快速响应的基本功能;在此基础上,提出了一种新的基于3个控制器架构策略的双余度控制方法,并构建双余度控制系统;最后在此架构上,实现系统自检及其故障在线监测、诊断、隔离和处理功能,最大限度增强起落架操纵控制系统的可靠性。该电液余度控制技术已成功应用于某型起落架转弯操纵系统的升级改进,并以最小的改动量和最小的成本确保了改进后系统的高可靠性。对于其他型号的起落架控制系统升级改进,上述技术及其方法具有一定的借鉴意义。

最大熵法在可靠度计算中的应用

在可靠度计算中,任意对立随机变量往往为不同概率分布,不利于可靠度计算。通常采用正态转换法将其转换成具有统一形式的正态分布,以便进行可靠度计算。但是,正态转换并不能保证原有随机变量概率分布特性,从而一定程度上造成可靠度计算误差。针对上述问题,本文提出在可靠度计算中利用最大熵法将任意随机变量概率密度函数转换成近似精度更高且具有统一标准形式的最大熵概率密度函数(MEPDF),然后提出对应的一阶可靠度计算方法进行可靠度求解,最后通过实例分析证明该方法的有效性。

微量润滑技术代替切削液的工程应用研究

以实际工况为背景,对比分析了微量润滑和切削液浇注对刀具寿命的影响,优化了切削工艺参数和微量润滑功能参数,使微量润滑条件下的刀具寿命接近切削液浇注条件下的刀具寿命。此外,对微量润滑技术使用过程中的空气颗粒物进行测量,发现空气颗粒物浓度上升了127%,建议使用空气过滤器等方式加强劳动安全防护。

基于圆弧的麻花钻螺旋槽径向截形

建立了普通麻花钻前刀面端截面曲线和用圆弧代替端截面曲线的参数方程;分别改变钻头螺旋角、钻尖半角、钻芯半厚,利用软件MATLAB计算出用圆弧代替前刀面端截面曲线的相对误差;建立了三圆弧螺旋槽径向截形的数学模型。

基于OELM重构极限状态函数的可靠度计算方法

针对工程可靠度计算中极限状态函数不解析、非线性、计算量大这一问题,提出基于优化极限学习机高效重构极限状态函数的可靠度计算方法.该方法确定可靠度重要影响区域,在该区域内利用优化极限学习机泛化性能好的优点,按照一定的策略高效循环重构极限状态函数,最大限度地减少极限状态函数的计算次数.基于该重构极限状态函数进行重要抽样可靠性计算.通过实例分析证明,该方法的效率极高,既减少了极限状态函数的计算次数,又能够保证可靠度的计算精度.

考虑磨削余量分配的齿轮钢磨削工艺优化

以40CrNiMo钢为研究对象,对原有磨削工艺进行优化,探讨减少工作台进给次数、去掉半精磨工艺对磨削质量的影响.结果表明:原有粗磨+半精磨+精磨工艺改为粗磨+精磨两道工艺是可行的,且在保持总磨削余量一定的条件下,通过减少工作台进给次数的方法可以降低粗磨过程多次走刀造成的磨削表面硬化,同时提高了加工效率;粗磨产生的磨削表面硬化对降低半精磨、精磨后的磨削表面粗糙度有利,但表面硬化伴随着磨削亚表层金相组织变化和残余应力等不利因素.

微钻头CAD系统的开发及基于系统的建模

运用几何学及运动学原理,建立砂轮、螺旋槽和后刀面的数学模型,在数学模型的基础上利用坐标变换开发了钻头的CAD系统.利用该系统,求得在给定刀具(砂轮)具体形状的条件下钻头螺旋槽截面形状的数据,结合后刀面刃磨参数,建立钻头的三维实体模型.该系统的开发为钻头的结构优化设计提供了直观的、易操作的系统,简化了钻头设计过程;同时也能为钻头的强度和刚度分析提供精确的实体模型.

基于MATLAB数值仿真的球头立铣刀加工表面三维形貌预测

球头立铣刀在加工过程中和工件表面近似于点接触,因此在复杂曲面零件加工中有显著优势,但是由于球头立铣刀和工件表面的接触点变动范围大,容易造成表面微观形貌的不可控。鉴于表面形貌会对零件的使用性能产生一定影响,而进给量、切削宽度、切削深度、刀具倾角以及球头半径等切削参数是影响球头立铣刀铣削加工过程中工件表面形貌的主要因素。基于经验公式和运动学原理对球头刀具铣削过程进行综合分析,并借助MATLAB软件仿真得到三维表面形貌。分析发现,进给量、切削宽度、刀具倾角以及球头半径对工件表面残留高度的影响较大,其中,进给量对进给方向的表面残留高度影响较大,切削宽度对切宽方向的表面残留高度影响较大。

TC4-DT钛合金材料动态力学性能及其本构模型

利用同步组装的高温分离式Hopkinson压杆试验装置,对TC4-DT钛合金材料分别进行了常温下不同应变率(930~9700s-1)和应变率为5000s-1时不同温度下(20~800℃)的动态力学性能测试,获得了各种冲击载荷下的应力-应变曲线。试验数据表明,TC4-DT材料具有应变率增塑效应且存在着临界应变率值,当应变率高于此值时应变率敏感性增强明显,此外随着材料加热温度的升高,软化效应减弱。利用试验所得的数据拟合了基于Power-Law和Johnson-Cook两种热-黏塑性本构方程且获得这两种动态本构模型参数,并将所得的两种拟合曲线与试验所得数据进行对比分析,结果表明两曲线吻合度都较好,此外还对这两种曲线的拟合精度进行对比,对比结果表明两种模型的拟合误差相差不大,但是Power-Law模型拟合精度要略优于Johnson-Cook模型的拟合精度。

关于新型螺旋面钻尖和平面钻尖的对比研究

微小钻头钻孔方法广泛应用于精密微小孔的加工领域。根据新型螺旋面钻头和平面钻头的数学模型,在微小钻头CAD系统的基础上,为提高钻削性能开发了新型螺旋面钻尖微小钻头,与平面钻尖微小钻头对比,利用系统仿真分析了两种微小钻头钻尖的几何特性,包括主切削刃上刀具角度,横刃上刀具角度,以及后刀面上尾隙角的分布情况对比。仿真结果表明,新型螺旋面钻尖微小钻头比平面钻尖微小钻头具有更好的钻削性能。

机械工程专业人才培养方案的对比研究——以麻省理工学院、清华大学和华侨大学为例

通过对麻省理工学院、清华大学和华侨大学机械工程专业的培养方案的深入剖析,建立了多个学年的课程联系图谱,对比分析3个高校课程设置的特点,并对课程设置的合理安排提出建议,对机械工程专业人才培养方案的制定和修订有一定的借鉴意义。

碱溶性光敏树脂保护层的产生与消除方法

提出一种手机磨头电镀过程中非电镀位置碱溶性光敏树脂保护层的产生与消除的方法.首先,用毛刷在工件上涂一层厚度为194~366μm的碱溶性光敏树脂;其次,在80℃电阻炉内表面干燥40min,然后,在工件需要保护的部分用紫外线照射固化50s,工件需要电镀的部分无需照射,用质量分数为3%的Na_2CO_3溶液冲洗工件5min,未被照射的部分树脂被去除,固化率为99.48%.最后,用质量分数为10%的NaOH溶液把保护层全部去除.结果表明:这种保护层产生及去除的方法成本低、效率高、环保,具有很好的发展前景.

齿轮钢缓进给深磨的工艺可行性分析

以齿轮钢40CrNiMo为研究对象,保持金属去除率一定,改变磨削深度和工件进给速度,测量磨削力,计算磨削力比和磨削比能.观察磨削表面微观组织变化,测量磨削表面粗糙度、表层亚表层微硬度变化、磨削表面残余应力,探讨深切缓进给磨削在齿轮钢磨削过程中的工艺可行性.缓进给深磨对比试验表明:在等金属去除率条件下,缓进给深磨的磨削表面质量较好,加工效率高,利用缓进给深磨加工齿轮钢进行去余量加工具有很高的可行性;由于缓进给深磨热影响区较大,不适合于齿轮钢精密成形加工,必须增加精磨工序.

四自由度组合柔性铰链的设计及性能分析

设计一种由3个柔性铰链组成的,用于高精密磨床的微位移工作平台.通过3个柔性铰链对输入位移进行缩小,呈线性地输出,实现在工件定位过程中对珤X平移、珝Z平移、X旋转、Z旋转4个方向自由度的微小位移及角度调整的功能.优选3个柔性铰链所使用的材料,运用ANSYS仿真软件分析3个柔性铰链输入位移与输出位移、输出角位移之间的响应关系,以及工作过程中各个柔性铰链内部的应力大小.结果表明:工作台珤X方向,珝Z方向的输出输入位移比分别为0.137,0.286μm·μm^(-1);X旋转,Z旋转的输出输入位移比分别为6.516×10^(-4),2.180×10^(-3)(°)·μm^(-1);在零件最大加载位移以内,输出响应与输入位移之间都呈现良好的线性关系,误差均在0.1%以内.

Tribology Performance and Adhesive Strength Evaluation of TiAlSiN Coating

Scratch test and friction test were performed to evaluate the internal and external interface behaviors of TiAlSiN coating, respectively. The critical compressive and shearing stress of coating failure during scratch test were calculated and the values are 30.84 MPa and 4.98 MPa respectively. The average friction coefficients of TiAlSiN coating against 2Cr12Ni4Mo3VNbN steel are 0.70 (sliding speed 50 m/min), 0.63 (sliding speed 100 m/min), and 0.81 (sliding speed 150 m/min). The elements diffusion was analyzed by EDS. Al and Si element of coating material diffuse to the steel disc, except Ti element. The oxidation decreases with the increase of sliding speed, but the adhesion increases with the increase of sliding speed. More Al element diffuses to the steel disc at the high sliding speed, but the diffusion of Si element keeps almost constant at different sliding speeds.