工艺参数对喷射电沉积镍镀层微观结构和疏水性的影响

[目的]Q235钢结构件的服役环境一般较恶劣,要对其进行适当的表面处理来提高其耐蚀性。[方法]先在Q235钢表面喷射电沉积镍,再采用0.3 mol/L硬脂酸溶液浸泡修饰12 h,得到疏水的镍镀层。通过接触角测量仪、超景深三维显微镜和场发射扫描电镜分析了不同脉冲参数下电沉积所得镍镀层表面的水接触角、粗糙度和微观形貌,并利用电化学工作站对镀层的耐腐蚀性能进行分析。[结果]随着峰值电流密度、占空比或电沉积时间的增大,Ni镀层的水接触角和表面粗糙度都呈先增大后减小的变化趋势。在峰值电流密度为0.15 A/cm^(2)、占空比为50%的条件下喷射电沉积10 min所得的Ni镀层经化学修饰后水接触角为146.3°,耐蚀性最好。[结论]在Q235钢表面采用喷射电沉积镍加化学修饰的方法可获得超疏水表面,显著提高其耐蚀性。

采用非接触式预热对模压红外透镜雾斑的影响

非球面红外透镜模压成型时,通过提高成型阶段温度可缩短透镜压切时间,从而提高模压效率,但易在透镜表面产生雾斑,像造透镜不良。本文通过对透镜雾斑的形成机理进行分析,采用一种非接触式预热模压工艺降低透镜雾斑的形成,并在多站式模压机上进行模压实验,使用能谱仪对雾斑的元素进行检测和分析。在本次模压实验中采用非接触式预热方式,当预热间隙为1 mm时将成型温度由206℃提升至211℃,透镜表面无雾斑生成,并使压切时间缩短了21 s。实验结果表明,在多站式模压中采用非接触式预热方式,可以有效消除透镜雾斑的形成。检测结果表明,成型阶段透镜材料的挥发对雾斑的形成起主导作用。

基于田口法的TC4钛合金电化学车削试验研究

通过对电化学车削加工(Electrochemical Turning,ECT)原理及其相关的工艺参数的研究,分析了快速转动的工件对保持工作间隙流场稳定的影响因素。并基于可实现无级调速的高速电机搭建试验平台,用单一因素试验分析了电化学车削TC4钛合金的各工艺参数对工件的材料去除率和表面粗糙度的影响。选取L_(16)(4^(4))正交表进行正交试验,基于田口方法进行分析,研究了电解液浓度、加工电压、工具直径和工件转速对工件材料去除率和表面粗糙度Ra的影响规律。经主效应分析,各加工参数对材料去除率影响因素大小依次为加工电压>工具直径>电解液浓度>工件转速。以材料去除率最大为目标的最佳工艺参数组合为加工电压20 V,电解液浓度250 g/L,工具直径2.0 mm,工件转速800 r/min。各加工参数对表面粗糙度影响因素大小依次为电解液浓度>工件转速>工具直径>加工电压。以表面粗糙度最小为目标的最佳工艺参数组合为加工电压15 V,电解液浓度200 g/L,工具直径1.0 mm,工件转速800 r/min。以材料去除率尽可能大、表面粗糙度尽可能小为目标,得到最佳工艺参数组合为加工电压20 V,电解液浓度250 g/L,工具直径2.0 mm,工件转速800 r/min。在该工艺参数组合下进行试验,材料去除率为0.0814 g/min,工件表面粗糙度Ra值为2.014μm,优于正交试验中的相对最优设计,即材料去除率0.0766 g/min,表面粗糙度Ra值2.158μm。

平行磁场辅助射流电沉积镍制备疏水表面

在316L不锈钢表面射流电沉积镍过程中施加与电场方向平行的磁场。分析了平行磁场下微纳表面结构镍镀层的生长机理。通过场发射扫描电镜、接触角测量仪和三维显微镜分析了无磁场辅助和不同磁感应强度的平行磁场辅助下射流电沉积所得镍镀层的表面微观形貌、水接触角和面粗糙度。结果表明,在射流电沉积过程中施加平行磁场能够提高镍镀层的疏水性。当磁感应强度为200 mT时,所得镍镀层表面的缝隙最多,凸起分布得最均匀,面粗糙度(Sa)为2.94μm,水接触角达到147.5°,疏水性最好。

电化学放电加工中气膜厚度及其影响研究

玻璃作为一种非导电硬脆材料,在光学、生物医学、微机电系统等领域应用广泛。电化学放电加工作为针对绝缘硬脆材料的有效微细加工技术,可以在玻璃上进行有效的微结构加工。在电化学放电加工中,放电现象通过击穿气膜产生,气膜作为加工过程中最重要的介质,其质量是形成良好的表面微结构的重要因素。文章研究的重点是气膜特性及其对放电能量分布的影响。研究采用三因子三水平的全因子试验方法,以电源、占空比、频率三种电源参数为影响因子,气膜厚度为响应进行试验研究,获得最佳气膜质量的工艺参数组合。此外,在石英玻璃和K9光学玻璃两种玻璃上进行了微小孔加工的实验。结果表明,最佳工艺参数组合下能获得更薄气膜,同时也是获得更小径向过切、大的深径比、圆度误差较小的微小孔的最佳条件。

电化学光整加工极间间隙的介观几何结构多场耦合基础研究

针对电化学光整加工过程中工件的加工质量稳定性较差的问题,为提高工件的加工质量,主要以工件的表面微观几何形貌为研究对象,通过COMSOL Multiphysics仿真软件,建立了多物理场仿真模型。分别研究工件在不同加工状态下,工件的表面介观形貌变化、电流场和流场的分布特性和规律,并对加工机理的影响进行了分析。然后借助两相流-水平集法,建立气液两相流模型,分析了气泡的形成和变化过程对流场速度分布的影响。结果表明:电流的分布与工件的表面介观几何结构具有相关性,其分布的特点可提高工件的加工质量;阳极表面尖峰附近的空腔形成的漩涡有利于改善流场的缺液现象,同时在一定程度上对钝化膜进行了水力加工;气泡的变化会影响周围电解液的流速分布,造成流场速度不均。通过研究多物理场对电化学光整加工的影响机理,分析各个场的基本特性进而提高光整加工过程中工件的加工质量稳定性。

基于有限元仿真的轿车轮胎噪声研究

为了有效研究和分析轮胎噪声,以雪地胎和四季胎为研究对象,建立振--声学仿真模型,进行轮胎噪声惯性滑行法试验,分析速度与轮胎噪声、路面的测量温度与轮胎噪声之间的关系。通过两种车胎的噪音情况进行了对比,希望可以给用户以更加直观的成果展现。结果表明:当平均车速达到70km/h以上时,噪声随着行驶速度的增大而增大;轮胎接地前端噪声小于接地后端噪声;在平整的路面且天气良好的状态下行驶时,雪地胎轮胎噪声明显高于四季胎轮胎噪声,合理选择轮胎也能有效降低轮胎噪声。

齿面微织构面积率及形状对其摩擦性能的基础研究

为研究齿面微织构面积率和形状对齿轮副摩擦学性能的影响,采用激光打标机在经热处理后的45钢试件表面加工出不同形状和面积率的织构,利用往复式摩擦磨损试验机分析织构面积率和形状对摩擦因数的影响规律,并与Fluent仿真结果进行对比。仿真结果表明:随着织构面积率的增大,摩擦因数逐渐减小,油膜承载力和油膜刚度逐渐增大,长方形织构具有更佳的减摩性能。试验结果与仿真结果基本一致,与无织构表面相比,长方形织构面积率为17%时平均摩擦因数降低了18.06%,正方形和圆形织构面积率为4.7%时,不仅没有减摩,反而将摩擦因数分别增大了4.17%和1.39%。织构化表面可提高油膜承载力和刚度,使油膜不易破裂,减小了摩擦副之间的接触,降低了摩擦因数。获得了微织构形状和面积率对齿轮副摩擦性能的影响规律,为改善齿轮系统的寿命提供试验支持。

考虑轴柔性的二级齿轮减速器振动噪声研究

针对齿轮箱在实际运行过程中存在的轴系变形问题,提出了一种二级齿轮减速器在多源时变激励作用下振动噪声的计算方法。综合考虑齿轮、轴承时变刚度以及误差激励的影响,并引入二级齿轮相位关系,采用有限元法建立了计入轴柔性的二级直齿轮-轴-轴承系统耦合动力学模型。通过Newmark时域积分法求解系统动力学方程,得到各轴承动载荷,并分析了传动系统的固有特性及轴的静变形特征。采用有限元法对齿轮箱进行模态分析,提取箱体各阶固有频率与振型。以轴承频域动载荷为齿轮箱激励,利用模态叠加法计算得到齿轮箱的振动响应,并采用声学边界元法对齿轮箱的辐射噪声进行了计算。分析了轴柔性和转速对轴承动载荷与箱体辐射噪声的影响。仿真结果表明:计入轴柔性后,轴承动载荷波动幅值降低,激励频率成分也随之减少;在低频段200~900Hz与高频段1800Hz附近,箱体的主要共振模式发生改变,顶部场点噪声有所降低;随着转速的升高,激起了传动系统轴系弯曲振动模式,并引起传动系统振动幅值增大,且齿轮箱顶部场点噪声明显大于两侧场点噪声。研究结果可为减速器的减振降噪设计提供理论参考。

两级齿轮减速器级间耦合振动噪声特性分析

本文以某二级平行轴直齿轮传动系统齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮时变啮合刚度与啮合误差等内部激励的影响以及两级间耦合作用关系,采用集中质量参数建模方法,建立了二级齿轮传动系统的平移-扭转振动分析模型,求解得到了传动系统的固有特性与轴承动载荷;以轴承动载荷作为箱体的振动激励源,采用了FEM/BEM的方法计算了箱体的辐射噪声,得到了箱体各场点的辐射噪声谱,通过实验分析论证了二级齿轮减速器噪声预测方法的准确性.通过分析两级轴间夹角对齿轮箱辐射噪声的影响,得到了两级夹角的改变会影响轴承动载荷的振幅,从而较易产生较大的载荷冲击,由于装配姿态的改变直接影响到了箱体的结构设计,进而影响到了箱体的辐射噪声.

多孔端面机械密封三种不同型腔微孔膜压数值模拟

为了对比球缺槽、圆台槽、圆柱槽激光加工多孔端面机械密封结构产生的动压效应强弱,运用UG建模软件分别建立3种不同型腔微孔的流体动力学分析模型,应用流体动力学求解工具Fluent对3种形式型腔微孔进行仿真。结果表明:在相同工况条件下,增大转速、提高介质黏度、在保证密封环非接触前提下减小密封间隙、深径比选择在0.07~0.1之间可以明显提高动压效应;圆柱槽微孔具有更大的动压效应,将圆柱槽作为激光加工多孔端面密封开槽形式是最佳选择。

基于ease-off的通用加工参数的弧齿锥齿轮高阶反调修正研究

利用高阶运动系数表示的通用加工参数用来进行弧齿锥齿轮的精确ease-off齿面反调修正。首先基于通用展成加工模型(UGM)采用高阶多项式函数表达的通用加工参数来定义真实高阶ease-off齿面。然后考虑到方程求解的强烈非线性引入敏感系数矩阵和改进的带置信域策略的Levenberg-Marquardat(L-M)算法来获得精确稳定的通用加工参数反调量。最后基于通用加工参数的高阶反调方法被提出来主要包括:i)最优加工参数调整;ii)高阶ease-off齿面修正。

一种用于螺旋锥齿轮齿面测量路径优化的改进遗传算法研究

对三坐标测量机(CMM)的测量路径及测量路径的构成进行了分析,将测量路径规划问题转换为旅行商问题(TSP),并确定了目标函数。结合齿面测量路径规划的特点对基本遗传算法进行改进。将模拟退火算法的新解产生和接受规则应用到遗传算法中,提高了种群的多样性,避免了算法的局部收敛问题;采用了更加简单高效的编码方式,提高了算法的收敛速度。以非均匀分布的齿面测量点为例,进行了仿真实验。结果表明:该算法对于曲面测量路径优化的结果优于基本蚁群算法、模拟退火算法和遗传算法,取得了良好的路径优化效果。

双正交小波对球面渐开线螺旋锥齿轮齿面拟合的研究

为提高螺旋锥齿轮的加工精度,提出双正交B样条小波的优化设计方法。以球面渐开线的形成理论为依据,运用MATLAB获取齿面离散点数据。利用双正交B样条小波去除齿面高频细节特征信息,保留低频主体特征信息,重构出一组更合理、有效的齿面离散点。将重构的数据点通过NURBS曲面进行精确拟合后,得到具有较低高斯曲率和较低复杂程度的齿面。将该方法获得的齿面数字化模型进行数控加工并对精加工后的齿面运用三坐标测量仪进行测量和误差分析。结果表明:通过双正交B样条小波处理后的齿面具有较高的加工精度;螺旋锥齿轮数字化模型的重构,为提高螺旋锥齿轮的加工精度提供了一种新的理论方法。

齿面微观几何形貌对齿轮啮合振动影响的研究

为探讨齿面微观几何形貌对齿轮啮合振动特性的影响,基于真实齿面的统计特性,借助分形几何理论以及Herz公式,建立了基于真实齿面微观几何形貌的法向接触阻尼的近似数学模型。在此基础上,对比磨削加工和电化学光整加工所得齿面微观几何轮廓的分形参数,分析了加工方法对齿面法向接触阻尼特性的影响,并进一步研究了齿面法向接触阻尼对齿轮啮合振动特性的影响。结果表明:齿面微观几何形貌影响齿轮的啮合振动;加工方法影响齿面法向接触阻尼的变化率;与磨削加工相比,电化学光整加工齿面的法向接触阻尼更大,可减小齿轮啮合振动,有助于提高振动的稳定性。

阴极表面微观形貌对电化学-机械光整加工的影响

为探讨阴极表面微观几何形貌对电化学机械光整加工中阳极表面形貌的影响,对比了电化学加工形成的圆弧型表面和磨削加工形成的尖峰型表面的复制效应,采用Abaqus软件模拟分析了不同微观轮廓高度对阳极表面形貌的影响,并通过试验予以验证。结果表明,在小间隙条件下,与尖峰型阴极微观表面相比,圆弧状阴极微观表面形貌对阳极表面电势分布和电流密度的影响更大,对阳极表面的复制效应更强,阳极溶解更快,电化学-机械光整加工的效率更高。

垂直磁场辅助电化学光整加工仿真分析与实验研究

采用COMSOL软件模拟分析了垂直磁场辅助对电化学光整加工的影响,并进行了验证试验。结果表明,与无磁场辅助的电化学光整加工相比,采用垂直磁场辅助电化学光整加工对阳极表面的光整效率和加工定域性更高,被加工的阳极表面质量更好。

不同光整加工表面微观几何形貌的磨损特性研究

为探讨研究不同光整加工方法所形成表面微观几何形貌对摩擦磨损的影响,基于对实验采集数据的分析,利用分形几何理论及MATLAB软件,建立出能够更加准确表征平磨加工、研磨加工及电化学光整加工表面微观几何形貌的重构表面。在重构表面的基础上,结合表面微观接触理论及艾伯特负荷曲线,对研磨加工及电化学光整加工后的表面磨损阶段及磨损量进行对比分析。分析表明,与平磨加工及研磨加工所形成的“尖峰”状粗糙峰相比,经过电化学光整加工后的试件表面粗糙峰形状呈现摩擦特性更好的“圆弧”状,且表面微观几何形貌规则化程度更高;在峰谷差值相同的条件下,电化学光整加工得到的表面磨损更加稳定,精度保持性更好。

考虑安装误差的螺旋锥齿轮啮合性能分析

螺旋锥齿轮其啮合性能主要受啮合区的影响,而螺旋锥齿轮的啮合区受齿轮加工参数以及安装误差等因素的影响。这里从齿轮安装误差入手,通过控制安装误差来影响啮合区的位置变化,并根据有限元软件输出齿轮转角,利用传动误差来评价安装误差对齿轮啮合性能的影响。同时在静态分析过程中我们根据不同载荷工况下的有限元分析得出载荷变化对齿轮啮合性能造成的规律性影响。结果表明,对齿轮啮合性能的影响从小到大分别是:大齿轮轴向位移、轴间距、轴交角、小齿轮轴向偏移,同时在静态分析中,随着载荷的增大齿轮传动精度变差,但是随着载荷的增大,传动误差幅值波动较为平缓,这有效降低了由振动产生的噪声。

磁场对电化学光整加工效率及微观形貌的影响

为探讨磁场对电化学光整加工效率和微观形貌的影响,对比了在磁场不同的摆放位置、不同磁场大小、不同流速的状态下工件表面的材料去除量和微观平整度的变化。通过COMSOL Multiphysics仿真软件分析了磁场对尖峰形变量的影响,并通过实验得以验证。结果表明,磁场对光整加工效率有明显提高,但当小磁场低流速状态下反而会抑制加工的进行。当工艺参数相同时,磁场与电场和流场分别垂直时加工效率最高,磁场与电场垂直、与流场平行时加工效率次之,磁场与电场平行、与流场垂直时加工效率最弱。磁场影响加工效率的本质是提高了电解液的电导率和对流场的促进作用。对比微观形貌得出,磁场对工件表面整平效果有促进作用。