Online tool-wear measurement of small-diameter end mills based on machine vision

The objective of this study was to develop an online tool-wear-measurement scheme for small diameter end-mills based on machine vision to increase tool life and the production efficiency. The geometrical features of wear zone of each end mill were analyzed, and three tool wear criterions of small-diameter end mills were defined. With the uEye camera, macro lens and 3-axis micro milling machine, it was proved the feasibility of measuring flank wear with the milling tests on a 45# steel workpiece. The design of experiment （DOE） showed that Vc was the most remarkable effect factor for the flank wear of small-diameter end mill. The wear curve of the experiments of milling was very similar to the Taylor curve.

船用发动机连杆大端轴承润滑特性及损伤研究

基于多柔体系统动力学和润滑理论,建立活塞–连杆–曲轴的多柔体摩擦动力学耦合模型。模型中采用绝对节点坐标框架分析多柔体动力学特性,采用平均雷诺方程和微凸体接触理论描述混合润滑和磨损特性,在空间、时间上分别采用有限元法和向后欧拉法求解。对某船用中速发动机连杆大端轴承的润滑、磨损和疲劳特性进行了计算分析。结果表明,轴承润滑域中心的轴颈–轴瓦相对速度呈现规律变化,混合润滑状态主要发生在燃烧上止点后90°附近;磨损集中在连杆轴承上瓦周向50°区域的两侧边缘位置,单循环最大磨损量为1.7×10~(-6)μm,是刚体模型的20.5倍,磨损寿命为1.1×10~4 h;疲劳损伤位置与易发生磨损位置相同,疲劳寿命为7.8×10~4 h。

钛合金螺旋铣孔过程中硬质合金球头铣刀磨损机理研究

为了深入理解钛合金螺旋铣孔过程中球头铣刀的磨损机理,使用TiAlN涂层硬质合金球头铣刀在干切削条件下对钛合金进行螺旋铣孔加工,分析铣孔过程中材料的去除过程;基于钛合金螺旋铣孔试验结果,利用工具显微镜、电子显微镜和能谱仪检测刀具磨损情况,明确刀具磨损机理,进而探讨轴向切削力、径向切削力、切削温度和刀具磨损之间的关系。结果表明:黏结磨损贯穿刀具磨损全过程,存在扩散磨损和氧化磨损;刀具破损时出现崩刃、涂层剥落等现象;切削力与刀具磨损程度呈正相关关系,磨损对轴向切削力影响较大,对径向切削力影响较小。

液压作动器关键部件摩擦磨损性能分析

为了探究不同润滑状态下,液压作动器关键部件材料和表面处理技术的选择对摩擦磨损性能的影响,在干摩擦、乏油润滑以及充分供油润滑3种润滑状态下,分别对活塞-液压缸内壁与活塞杆-端盖2种应用工况开展正交摩擦试验。通过测试不同对摩副的摩擦因数、磨损量以及磨损前后表面形貌的变化,分析润滑状态对2种应用工况磨损性能的影响。受导向带的表面织构及碳化钨自润滑性能的影响,在干摩擦与乏油润滑状态下,活塞-液压缸配伍界面采用40Cr-导向带对摩副、活塞杆-端盖配伍界面采用碳化钨-导向带对摩副时的摩擦因数较低;而在充分供油润滑条件下,由于接触界面之间会形成油膜,使得摩擦磨损趋势与上述结果相反,活塞-液压缸配伍界面采用Cu-40Cr对摩副、活塞杆-端盖配伍界面采用Cu-碳化钨对摩副时的摩擦因数较低。

一种磨床主轴漏油问题的改进方法

半自动端面外圆磨床MB1632主轴轴径部位由于长期使用,导致其磨损漏油,此问题已严重影响公司的正常生产秩序。文章主要介绍了一种半自动端面外圆磨床MB1632主轴轴径部位磨损漏油的改进方法,通过对该磨床主轴轴径磨损漏油问题进行根本原因分析,采用在其主轴轴径磨损处加装隔套的方案,并同步对安装油封端盖进行了优化改进,实现油封与隔套之间的接触,可快速拆卸端盖、油封和隔套,既提升了主轴轴径磨损漏油问题的维修效率,降低了维修成本的同时,又提高了机床的开机率。

面向立铣刀磨损的在机视觉检测方法研究

针对立铣刀在机视觉检测要求,设计了搭建在机床侧窗的伸缩式检测机构,提出用迭代法快速收敛得到刀具磨损区的初阈值,引入类内方差函数改进最大类间方差法,修正传统算法边界模糊、纹理识别不全、对噪声敏感的缺陷。根据灰度矩旋转不变特性,融合Canny算子提取亚像素级磨损边缘,基于图像平面,创建立铣刀磨损轮廓模型,重构切削刃原轮廓,实现立铣刀磨损快速检测。选取5把立铣刀开展铣削实验,将检测系统与影像测量仪的测量值进行对比。结果表明:测量偏差小于0.01 mm,立铣刀生命周期内各磨损阶段的平均准确率均达到93%以上,综合平均准确率达到95.98%,证明了检测系统的准确率与稳定性。

端面密封装置泄漏分析与结构改进设计

针对端面密封装置进行了泄漏分析。首先基于端面密封装置的工况参数、几何参数对密封结构进行仿真分析,得到密封装置滑油泄漏量。其次对密封装置在实际使用中可能发生的泄漏情况进行了分析。结果表明:端面密封装置在金属动环与轴之间存在潜在泄漏通道;由于装配操作不当、波形弹簧压紧力不均匀可能引起装置偏载、倾斜,使密封环在工作时接触不均匀而产生滑油泄漏;密封压力增加时,滑油泄漏量也会增加;波形弹簧压紧力对滑油泄漏量也有影响。最后,提出了增加O型密封圈以及在金属动环上增加逆流泵送槽等改进方案,并进行了仿真分析与试验验证。研究结果可为端面密封设计提供参考。

柴油机连杆小头衬套摩擦磨损试验研究

针对柴油机连杆小头衬套磨损失效问题,依照局部强化技术的工程思路,在摆动摩擦副摩擦磨损试验台上开展了3种制备工艺下,衬套与活塞销匹配的摩擦磨损试验,并对其制备工艺进行剖析。试验结果表明:从摩擦扭矩、摩擦温度、宏观/微观形貌和磨损量4个方面对比,相同工况下挤压工艺衬套的摩擦磨损性能均优于旋压工艺衬套,表现出对标进口工艺衬套的能力,挤压工艺衬套整体晶粒均匀性良好,这是产品表现出良好摩擦磨损性能的重要原因。

开放式微波致裂模拟节理岩体试验及辅助破岩评估

为研究开放式微波作用下节理岩体的破裂特征,并评估微波辅助悬臂掘进机的破岩效率,开展微波致裂模拟节理岩体试验。首先,利用9块尺寸为0.5 m×0.5 m×0.3 m(长×宽×厚)的闪长岩岩样垒成1.5 m×1.5 m×0.3 m(长×宽×厚)的人造节理岩体,以模拟节理间距为0.5 m的岩石开挖面;然后,利用6 kW的工业微波系统及缩径介质填充天线对该节理岩体进行微波照射加热致裂试验,研究不同微波照射点间距(15 cm和20 cm)下岩体的破裂特征,分析节理与照射点间距对微波致裂的影响,测量微波处理后岩体的等效岩石质量指标(RQD)和磨蚀性指数(CAI);最后,基于Bilgin经验模型评估微波照射前后刀盘功率为200 kW的悬臂掘进机的破岩效率和刀具磨损变化。结果表明:1)2种照射点间距下,岩体的等效RQD从100降低到62和50,微波预处理可使悬臂掘进机在该闪长岩岩体中的破岩效率提高170%~280%;2)照射点间距为20 cm时,CAI从4.0减少到3.4,可使刀具损耗降低11%。

涡旋压缩机动涡旋盘端面摩擦副多转速下磨损影响分析

针对涡旋压缩机工作过程中动涡旋盘端面在常见工况下因表面磨损过大导致气体泄漏问题,以某型号涡旋压缩机为研究对象,建立动涡旋盘端面摩擦副受力分析模型,分析作业过程中动涡旋盘端面受载荷变化情况;利用有限元数值模拟得到动涡旋盘在典型工况下不同转速时端面摩擦副动态接触应力变化云图,在端面磨损实验机上测得动涡旋盘常用材料QT400磨损系数,通过修正Archard磨损模型并结合有限元磨损仿真计算出在不同转速下QT400的磨损深度值,并根据材料PV值原理设计实验方案分析QT400的磨损机制。结果表明:动涡旋盘转速越快,接触应力值较大的区域磨损深度值越大:材料磨损机制主要为疲劳磨损,随着载荷增大磨损机制不断向黏着磨损转化,并伴随有少量的磨粒磨损,该研究对涡旋压缩机动涡旋盘结构改进具有一定的参考价值。

机械密封端面黏着磨损分形模型

在机械密封端面接触分形模型基础上,依据Archard磨损理论,通过引入分形磨损系数及求解塑性和弹塑性变形微凸体的体积,建立了机械密封端面黏着磨损分形模型。得到了机械密封软质环端面磨损率与端面轮廓分形参数、真实接触面积、材料性能参数以及工作参数之间的关系式。对B104a-70型机械密封软质环端面的磨损率进行了计算和分析。结果表明,端面磨损率随着端面比压、转速及端面特征尺度系数的增大而增大;随着端面分形维数的增大先迅速减小后逐渐增大,即存在一个使磨损率最小的最优分形维数。

润滑条件下菱形孔织构端面摩擦学特性研究

应用UMT-3型多功能摩擦磨损试验机和自制的磨损测试试验台,考察供液充分条件下菱形孔的尺寸、形状、排布方式及深度对摩擦系数的影响和机理分析.结果表明:具有合适孔型和孔深的菱形孔织构端面,可极大地改善摩擦副的润滑性能,能够有效地降低摩擦系数.在研究的工况条件下,双向双列倾斜菱形孔和孔深为10μm的菱形孔,具有较好的摩擦学特性;某些类型的织构端面在进入流体动力润滑阶段后,摩擦系数随Herscy数的增大产生波动,而非增大的趋势,这是因为在滑动面间能够产生空化,而空化区的气液边界处将产生界面滑移,空化区越大,滑移长度越长,滑移效应增强,则减摩性越好,从而导致摩擦系数减小.

超声纵-扭复合铣削钛合金刀具磨损特性研究

目的采用超声纵-扭复合振动加工方法,获得较长的刀具使用寿命。方法采用理论建模与不同铣削振动方式,研究刀具磨损特性。通过超景深电子显微镜和粗糙度测试仪,分别对刀具微观形貌、工件表面粗糙度进行了分析;通过不同铣削方式加工钛合金材料,对刀具磨损特性进行了系统分析。结果与普通铣削和超声纵振铣削相比,超声纵-扭铣削方式下,刀具后刀面磨损减小,工件表面粗糙度降低。经测试,当去除面积为6356mm^2时,超声纵-扭复合加工刀具后刀面磨损量VB为103μm,分别比普通和超声纵振加工时降低了38μm和36μm。当去除面积为4530 mm^2时,Ra为1.2μm,普通铣削和超声纵振铣削的Ra则分别为1.62μm和1.38μm。由于超声纵振加工仅仅是在轴向方向实现了分离,后刀面时刻冲击着已加工表面,当去除面积为6356 mm^2时,刀具后刀面磨损量反有超出普通铣削的趋势。结论超声纵-扭复合加工从旋转方向内实现了刀-屑分离,在铣削过程中,极大地减少了刀具后刀面对已加工表面的冲击,从而使得刀具寿命有所延长,为高效加工、难加工材料提供了一种加工方法。

球头铣刀刀具磨损建模与误差补偿

针对刀具磨损度量方式和模型建立的问题,以球头刀具为研究对象,提出球头铣刀刀具磨损的度量方式,建立球头刀具磨损模型。以复映磨损在硬度较软加工材料上的方式测量球头刀具磨损,确定刀具磨损模型系数,给出刀具磨损模型系数确定的具体实现方法。加工试验验证球头刀具磨损度量方式的合理性和所建立刀具磨损模型的正确性,同时针对数控铣削加工中球头铣刀刀具磨损引起的误差提出离线仿真误差补偿算法,给出离线仿真误差补偿算法的具体实现步骤,通过建立的刀具磨损引起的加工误差模型仿真获得加工走刀步的误差。对于误差超差的走刀步,预先修改数控加工(Numerical control,NC)程序,保证实际加工零件满足精度要求。误差补偿验证试验表明所提出的离线仿真误差补偿算法的正确性和有效性。

球头铣刀最优微织构参数确定方法

为了研究微织构对球头铣刀切削加工性能的影响规律,完成微织构参数的优化,依据粘结摩擦理论研究了微织构刀具的减磨抗磨机理,采用实验验证的方法,验证了微织构刀具具有减磨抗磨特性。采用DEFORM-3D有限元软件进行了不同织构参数刀具的铣削仿真,得出了刀具微织构参数的合理范围。根据仿真得到的参数范围,设计正交试验优化出球头铣刀最优织构参数组合为D=50μm、H=25μm、L 1=130μm、L 2=110μm。

自润滑杆端关节轴承的摩擦性能研究

利用自制高频重载杆端关节轴承摩擦磨损试验机,研究了不同摆动频率下,尼龙、PTFE、青铜、铜基粉末冶金4种衬垫材料杆端关节轴承摩擦系数、线磨损量和摩擦温度的变化规律;借助扫描电子显微镜(SEM)对比分析了4种杆端关节轴承衬垫材料的磨损表面。试验结果表明:PTFE衬垫轴承的摩擦学性能最优,其次是尼龙衬垫轴承,并且其热传导性和热稳定性较好,铜基粉末冶金衬垫轴承的摩擦学性能最差;在3.0 Hz和16 MPa条件下,尼龙衬垫轴承为轻微磨损,PTFE衬垫轴承为轻微剥落磨损,青铜衬垫轴承为严重的磨粒磨损和疲劳磨损,铜基粉末冶金衬垫轴承为粘着磨损。

减压阀球头磨损故障分析及改进

针对某型减压阀主弹簧座球头磨损的问题,利用仿真和试验相结合的方法,分析了减压阀球头磨损的故障机理,计算了不锈钢2Cr13不同硬度组合下球头的应力与应变,结果表明现有结构存在应力超高的问题。同时对金属材料配对副磨损进行研究,从减小接触应力和避免黏附磨损的改进思路出发,提出了改进措施,通过磨损对比试验验证,确定了减压阀的最终改进方案。经过减压阀多个批次试验考核,球头磨损的问题得到彻底解决,验证了改进措施的有效性。研究结果表明,在接触应力未超出材料屈服强度的前提下,磨损与材料的晶体结构密切相关,常用金属材料钛合金作为摩擦副材料具有一定的优势,为高应力摩擦副材料的选用提供参考。

有限长线接触弹流理论研究的最新进展

在课题组已发表综述的基础上查阅了近二十年来的公开文献,系统总结了有限长线接触弹流理论的最新发展,着重介绍了现阶段有限长线接触弹流研究的主要方向,包括热效应、非牛顿流体、偏歪斜工况、脂润滑、端部自由表面、镀层、乏油等;分析了最新的研究热点,包括润滑分析与动力学分析的耦合、疲劳寿命的预测、并行算法等问题;给出了有限长弹流理论仍需深入研究的几个方面,随着我国产品由量到质的转变,精度、寿命的要求越来越高,如何方便的将理论研究移植到产品开发过程,已经成为一个迫切需要解决的问题.

模糊回归分析在平头立铣刀磨损监测中的应用

通过分析铣刀渐进磨损过程的特点,从切削力、主轴端振动位移、主轴端振动加速度和主轴电机功率等信号中提取了8个反映刀具磨损状态的特征参数,提出用模糊回归分析多传感器信息融合方法监测铣刀后刀面磨损带面积.在立式加工中心上的实验表明,模糊回归分析计算的后刀面磨损带面积与实际测量值基本相符,计算效率高,能够满足小直径立铣刀磨损在线监测要求,具有较强的有效性和工程实用性.

虚拟制造系统中球头铣刀的磨损预测

基于球头铣刀铣削方式及铣削参数的特点,应用微分理论基本方法提出了一种虚拟制造系统中球头铣刀磨损预测的数学模型,为提高虚拟制造系统的真实感和实时性奠定了基础;该模型预测的结果与铣削试验的测量结果基本吻合。