智能制造专业先进制造工艺课程建设与教学实践

在半导体、航空航天等新兴产业推动下,智能制造专业先进制造课程的地位越来越重要。为此,文章从教学理念与目标、知识结构和教学实践三个方面,讨论本课程建设与教学实践。课程教学理念以新兴产业发展人才需求为导向,培养学生的创新能力、实践能力和国际化视野。课程知识结构以工程应用和工艺创新为导向,覆盖了超精密切削、激光加工、增材制造等先进制造工艺。课程教学采用问题导向法、创新实践和案例分析法,以半导体芯片制造案例分析为主线,贯穿课程大纲的各个知识点。

激光焊接铝合金材料过程的建模与仿真

在试验基础上,利用有限元软件ANSYS对3A21铝合金材料激光焊接温度场进行了动态模拟。通过对激光焊接非线性瞬态过程的分析,分析与温度场有关的潜热、热传导、对流、辐射等材料热物理属性,建立了激光焊接的移动热源模型。仿真结果表明:激光焊接薄板铝合金的温度场梯度大,热影响区小;温度场中各点温度呈指数式升高和衰减;焊缝和近焊缝区温度升降急剧,焊缝宽度的仿真结果与试验结果相一致,从而验证了所建立的移动热源模型在激光焊接铝合金薄板温度场模拟中的适用性,在一定程度上揭示了激光焊接的成型机理。

高强镁合金的纳米金属改性研究

为提高高强镁合金的力学性能,在Mg-3Gd-2Zn-0.5Zr镁合金中添加了1.5%纳米Ti,对制备出的铸态镁合金试样进行了OM、SEM、XRD分析,并进行了力学性能、阻尼性能和耐磨损性能的测试与分析。结果表明,纳米金属钛的添加,显著提高了合金的力学性能、阻尼性能和耐磨损性能,使合金在6×10-5,20×10-5,40×10-5应变振幅下的阻尼性能分别提高54%,77%和81%;250℃磨损体积和摩擦因数分别减小68%,11%。借此为高强镁合金的纳米改性研究提供进一步指导与借鉴。

碳化硅及其颗粒增强铝基复合材料超精密加工研究进展

针对碳化硅及其颗粒增强铝基复合材料超精密加工的研究状况,重点关注了碳化硅超精密切削过程中的脆塑性转变以及铝基碳化硅的加工表面形成机理,对其加工过程中切削力、表面形成、刀具磨损、切屑形成等超精密加工过程中的机理以及各自超精密加工过程中的特点及各种其他影响因素进行了分析和总结,以期全面了解碳化硅及其颗粒增强铝基复合材料超精密加工的研究进展。

34CrNiMo6钢复合喷丸强化的有限元模拟

为了研究复合喷丸的工艺效果,利用ABAQUS有限元仿真软件进行模拟分析,建立了34Cr Ni Mo6钢随机多弹丸的周期性三维有限元模型。首先对所提出的周期性有限元模型进行周期性验证和试验验证,然后利用周期性有限元模型对复合喷丸的强化效果、不同喷丸强度对残余应力场的影响进行分析。结果表明:该周期性三维有限元模型可有效模拟喷丸强化效果;复合喷丸强化使34Cr Ni Mo6钢表面产生的残余应力和最大残余应力均高于单一喷丸产生的,且表面残余应力分布更加均匀,但最大残余应力所处深度不变;复合喷丸可得到更小的表面粗糙度。

颗粒增强金属基复合材料切削过程仿真综述

回顾了近年来全球关于颗粒增强型金属基复合材料在切削过程中的一些仿真技术。切削模型既有二维模型也有三维模型,包括等效均质模型、微观模型和混合模型。仿真旨在预测切削力的大小,并研究界面失效、刀具—颗粒的相互作用、切削温度和加工次表面损伤等。本文重点介绍了上述建模方法的实现原理和关键技术,并对其优缺点加以评述。在此基础上,对颗粒增强金属基复合材料仿真技术的发展趋势做进一步探讨。

锻造温度对汽车用新型钛合金性能的影响

采用不同始锻和终锻温度对Ti-3Al-5Mo-1Cr-0.5V汽车用新型钛合金样品进行锻造成型试验,以及力学和耐磨损性能的测试与分析。结果表明:随着900~980℃始锻温度、780~880℃终锻温度,Ti-3Al-5Mo-1Cr-0.5V汽车用新型钛合金样品的抗拉强度先增大后减小,断后伸长率和磨损体积先减小后增大,力学和耐磨损性能先提升再下降。与900℃始锻温度相比,960℃始锻温度下样品的抗拉强度增大63 MPa,磨损体积减小26.95%;与780℃终锻温度相比,840℃终锻温度下样品的抗拉强度增大66 MPa,磨损体积减小29.07%。Ti-3Al-5Mo-1Cr-0.5V汽车用新型钛合金的锻造工艺参数优选为960℃始锻温度、840℃终锻温度。

Relation between viscoplastic flow, periodic feature and Joule heat validity for electrically assisted friction stir welding

Electrically assisted friction stir welding is a promising way to improve liquidity of viscoplastic metal. However, this local heat source only can take into effect in a certain contact interface status. Semi-analytical model and FEM are adopted to analyze materials flow in electrically assisted FSW. Semi-analysis results show that Joule heating is validity with rotation speed 1 400 r/min and travel speed 400 mm/min. The maximum flow velocity is 0.033 m/s when travel speed is 400 mm/min, and it increases to 0.043 m/s with current assistant. Visco-plasticizing efficiency is a key factor to decide whether Joule heat is significant, and viscoplastic flow can periodically make circuit short. Periodic torque, axial force and onion rings surface show dynamic flow process, which can be used to illustrate the dynamic contact resistance feature and correct the calculation equation of Joule heat. This paper is aim to point out the potential relation between viscoplastic flow, periodic torque and Joule heating validity.

SiC_p/Al复合材料超精密车削仿真与试验研究

针对SiCp/Al复合材料因脆性相SiC的加入而导致难以形成高质量加工表面等问题,采用分子动力学模拟和超精密车削试验的方法对SiCp/Al复合材料纳米尺度材料去除过程进行研究,重点分析了单晶金刚石超精密切削SiC_p/Al复合材料中的加工表面形成机理、脆塑性转变以及刀具磨损机理。结果表明:高压相变是引起SiCp/Al复合材料中SiC脆性材料的脆塑性转变的主要原因。随着切削深度的增加,SiCp/Al复合材料中SiC颗粒加工方式由延性去除,到脆塑性混合方式去除,最后演变为纯脆性去除方式。SiCp/Al复合材料中SiC-Al界面和Al基体存在,影响了SiCp/Al复合材料中SiC颗粒去除的脆塑性转变机制。待加工表面上拉应力的存在会诱导微裂纹尖峰,是切削区域脆性SiC材料裂纹萌生的直接诱因。单晶金刚石刀具主要磨损机理为硬质SiC颗粒的磨粒磨损和切削诱导的石墨化。

氧化热处理温度对多孔镍泡沫微观结构及吸波性能的影响

为了探究多孔镍泡沫在电磁污染环境应用的可能性,根据多孔镍泡沫在空气下的热重曲线图,采用不同氧化热处理温度对其进行高温处理,借助TG-DSC、XRD、SEM、矢量网络分析仪研究氧化热处理温度对多孔镍泡沫的微观结构和电磁波吸收性能的影响关系。结果表明,当氧化热处理温度超过600℃时,多孔镍泡沫骨架表面产生明显变化,当氧化热处理为900℃时,表面形成大量孔洞,而当氧化热处理温度到达1200℃时,表面呈熔融状。通过物相分析表明,随着氧化热处理温度升高,多孔镍泡沫骨架表面生成氧化镍。对X波段的电磁吸波性能进行测试可以发现,经900℃氧化热处理得到的多孔镍泡沫具有最优异的微波吸收性能,并在10.88 GHz处反射损耗到达最小值−19.66 dB,表明一定的氧化热处理可以有效改善多孔镍泡沫的吸波性能。