固相搅拌摩擦沉积增材制造技术研究进展

搅拌摩擦沉积增材(Additive friction stir deposition,AFSD)是一种先进的固相增材制造(Additive manufacturing, AM)技术。与传统基于熔融的增材制造技术相比,它具有增材结构致密、材料低变形和过程高效节能等优势,在航空装备制造、交通运输、机械制造等领域拥有广阔的应用前景。本文综述了AFSD技术的原理、优势、组织演变特点和应用情况。重点介绍了AFSD过程中“工艺条件-微观组织-力学性能”相关性的研究现状,沉积材料力学性能受材料流动状态、界面连接机制、微观组织演变情况的综合影响。列举了AFSD技术在大型构件整体制造、高性能涂层、表面缺陷修复等领域的应用。最后,对AFSD技术进行了展望,指出该技术在工艺与组织变化耦合、原位变形条件模拟、工具头设计和新材料增材等方面需进一步研究和突破。

摩擦效应对三维自由弯曲过程中管材变形行为的影响规律研究

三维自由弯曲过程中管材处于少约束条件下,弯曲模与管材之间的摩擦效应对管材的自由弯曲塑性变形行为影响非常明显。为了提高管材自由弯曲成形质量,需要研究不同摩擦条件下管材弯曲半径、壁厚分布、截面畸变的演化规律。建立了考虑弯曲模对管材摩擦作用力的自由弯曲成形力学模型,采用有限元模拟和实验相结合的方法,研究了不同摩擦系数条件下管材自由弯曲过程中应力、应变分布,截面畸变率和壁厚分布的变化情况。研究结果表明,相同弯曲模偏距(U)条件下,所成形管材弯曲半径(R)随摩擦系数的减小而下降,并且弯曲弧段内侧壁厚增厚愈发明显,而弯曲弧段外侧壁厚减薄现象减弱。截面畸变率随着摩擦系数的增加呈现出先增大后逐渐平缓的趋势。因此,当采用不同材质管材和弯曲模距时,需要充分考虑摩擦效应对管材自由弯曲变形行为的影响,以获得满足质量要求的弯曲管件。

航空导管先进成形技术的研究进展

针对航空领域对轻量化高性能复杂导管先进制造的迫切要求,系统综述了航空导管精确弯曲成形技术以及多通类导管精确成形技术。航空导管的弯曲技术主要包括常规导管的数控绕弯成形技术、三维导管的自由弯曲成形技术以及超小弯曲半径导管的充液剪切成形技术;多通类导管先进成形技术主要包括液压胀形技术以及T‐Drill成形技术。本文从工艺原理、技术优势、发展趋势等方面对航空导管技术进行了系统的阐述和介绍。

型材构件六轴自由弯曲成形机理及成形质量控制研究

六轴自由弯曲成形技术作为复杂弯曲构件整体成形领域中一项高自由度的制造技术,能够实现具有复杂轴线的弯管构件及具有截面扭转特征的型材弯曲构件的整体精确成形。从六轴自由弯曲成形技术的基本原理入手,对关键装备结构的设计、弯曲模运动轨迹的算法解析等进行了介绍。采用有限元模拟与试验相结合的方法研究了方管成形时壁厚分布的特点,并分析了截面扭转对成形构件的弯曲半径和弯曲方向的影响规律。

基于磁流变弹性体的新型管材成形技术研究进展

针对当前航空航天领域对复杂截面整体空心构件的迫切需求,提出了一种基于磁流变弹性体(Magnetorheological elastomer,MRE)的新型管材介质压力成形技术。分别从磁流变弹性体的制备、力学特性的理论分析及试验评测、成形工艺开发及模具设计、有限元建模和仿真及在异形管件成形中的应用等多个方面的研究进行了系统介绍。结果表明,该技术通过借助外加磁场的辅助作用,实现管材内部成形压力的差异化调控,有效促进材料流动,同时能够避免液压成形过程中管材的高压密封难题,未来有望为航空航天用大变径比金属空心构件的整体精密成形提供前瞻性技术支持。

热加工工艺课程的教学改革与探索

热加工工艺课程是一门机械类各专业的重要技术基础课,具有较强的理论性、实践性和综合性。本文根据课程培养应用型人才的目标,指出了目前教学中的不足之处,并从教学内容、教学方式以及教学考核方式三个方面进行了教学改革的论述,旨在加深学生对本课程的理解和学习,提高学生的工程素质和实践创新能力。

Ni/Al多层板的复合法制备及放热性能

在纯铝箔上化学镀镍得到微米级厚度的镍层,再将该镀镍铝箔堆垛热压后进行累积叠轧(1~7道次),得到Ni/Al多层板,研究了该多层板的组织结构及放热性能。结果表明:化学镀镍层为非晶态,在热压过程中发生晶化;随着叠轧道次的增加,镍层逐渐发生颈缩和断裂,其碎片镶嵌在铝中,增加了镍和铝的接触面积,从而提高了Ni/Al多层板的放热性能,其能量密度由1道次的520.27J·g^-1增大到7道次的1203.4J·g^-1,达到理论值的87.15%;不同道次叠轧Ni/Al多层板的起始反应温度均高于475℃,说明该多层板具有良好的室温稳定性。

Properties and Structure of PEO Treated Aluminum Alloy

Plasma electrolytic oxidation(PEO)coatings were formed on 7075 aluminum alloy in silicate-borate based electrolyte with different duty cycles.The physical and chemical properties of the PEO coatings were thoroughly investigated.The wearing and corrosion properties of the coatings were evaluated by wearing experiments and potentiodynamic polarization tests,respectively.The results showed that the micro-hardness of the coatings first increased and then decreased with the increasing duty cycle.As a results,the wearing resistance of the coatings first increased and then decreased with the increasing duty cycle.Composition analysis proved that the coatings were mainly composed ofα-Al_(2)O_(3)andγ-Al_(2)O_(3).The presence of wear scars on the worn surface morphology demonstrates that the three-body rolling was the main wear mechanism for coated specimen.The corrosion study showed that the coating formed in the mixed electrolyte with duty cycle of 80%showed the most superior corrosion resistance.

薄壁铝合金管机器人弯曲成形起皱调控优化

机器人管材弯曲成形技术是于工业4.0大背景下诞生的一种新型高灵活度管材弯曲成形技术,可实现细长管件的全自动化快速弯曲成形。工业机器人控制的末端弯曲装置在弯曲旋转的同时沿管材轴线方向进给,一定程度上改善了弯管件壁厚减薄的问题,但增大了起皱趋势。针对该问题,以Al6061铝合金管为对象,开展薄壁管机器人弯曲成形起皱优化调控。选取嵌入几何微缺陷后模型计算中消耗能量最低时的波长、起皱形貌以及与实际样件最为相似时的缩放因子作为最佳参数,建立了嵌入几何微缺陷的机器人管材弯曲成形有限元模型。采用几何微缺陷耦合有限元模型、响应面优化分析及成形实验相结合的方法,建立了起皱响应面回归预测模型,通过获得的响应曲面与等高线图,揭示了工艺参数耦合对Al6061铝合金薄壁管机器人弯曲成形起皱的影响规律,获得了最佳成形工艺参数,进一步验证了起皱预测模型和嵌入几何微缺陷的有限元模型的可靠性。

6061铝合金螺旋管自由弯曲成形的工艺优化

利用金属管材三维自由弯曲成形理论,开展6061铝合金螺旋管自由弯曲成形的工艺优化研究,以进一步提高该螺旋管的成形复杂度和成形效率。在对6061铝合金螺旋管自由弯曲成形进行工艺解析的基础上,提出了通过改变弯曲模每次摆动的角以优化成形工艺的方案。基于ABAQUS软件进行有限元模拟,完成了螺旋管工艺优化前后的模拟成形,验证了优化效果。同时,通过6061铝合金螺旋管自由弯曲成形实验,得到与模拟相吻合的结果,优化后的实验效果较好,螺旋管的成形质量显著提高,进一步验证了螺旋管自由弯曲成形工艺优化的可靠性。所优化的自由弯曲设备弯曲模单次摆动角度为3.3°。

芯棒结构对薄壁管材自由弯曲成形质量的影响

为提高不锈钢薄壁管材自由弯曲的成形质量,在管材内部加入芯棒以降低自由弯曲管材起皱和截面畸变的程度。建立了内置芯棒下自由弯曲成形的力学模型,采用有限元模拟与成形实验相结合的方法,研究了芯棒位置、芯球个数,以及芯棒与管材内壁间隙对自由弯曲成形过程中不锈钢薄壁管材应力、应变分布,截面畸变率和壁厚分布的影响规律。研究结果表明:位于管材变形区的芯球可对薄壁管材内壁起支撑作用;在保证芯球间互不干涉的情况下,芯球数量越多,对管材成形质量的改善程度越大;当芯棒与管材间隙处于合理范围时,自由弯曲成形后的管材外侧壁厚减薄率和截面畸变率较小。

基于分子动力学模拟的纳米多晶α-碳化硅变形机制

在考虑晶界和温度效应影响的条件下,基于分子动力学法使用Vashishta势函数研究多晶α-碳化硅基体在纳米压痕作用下的塑性变形机制,分析载荷位移曲线并通过识别变形结构描述了变形区域中的原子破坏和迁移轨迹变化。在下压过程中,因接触载荷不断增大在接触区的晶粒内产生无定型化相变并不断向晶体内部扩展,扩展到晶界处被阻碍住。随着载荷的持续增大,晶界作为位错发射源在高应力水平下出现1/2〈110〉全位错滑移。同时,随着温度的升高α-碳化硅多晶的承载能力下降,特别是材料内部出现塑性变形,位错从晶界处形核长大并向晶体内部扩展,最后形成‘U型’位错环。