切削加工有限元仿真技术的现状与展望

切削加工有限元仿真是采用数值方法模拟切削加工过程的技术,可以研究切削加工过程中材料去除引发的各种物理机制,在优化切削参数、提高加工质量、降低研究成本等方面具有显著优势。如何使切削加工有限元仿真与实际的切削加工更加吻合是研究的热点,为此国内外开展了众多切削加工有限元仿真技术的研究工作,相关成果已在多种关键部件的切削加工中得到工程应用。本文概述了切削加工有限元仿真的几何仿真和物理仿真各自的基本原理、优势和发展趋势,系统总结了国内外学者为了提高切削加工有限元仿真的精度和效率,在本构模型和网格划分方面所开展工作的发展现状,综述了切削加工全过程动态仿真方法的研究进展,并对切削加工有限元仿真技术的重要问题和未来发展趋势进行了展望。

退火温度对激光熔化沉积TC31高温钛合金组织与性能的影响

为改善激光熔化沉积TC31高温钛合金力学性能,本文通过光学显微镜、SEM、TEM和力学性能测试的方法研究了退火温度对合金中组织演化行为的影响,及其与合金室温和650℃高温力学性能的关系。结果表明:组织中初生α相含量随着退火温度升高而降低,其溶解主要发生在950℃以上,980℃退火后含量仅为29%。当退火温度超过930℃时,初生α相片层宽度明显增加。随着退火温度升高,α/β界面处析出的(Ti,Zr)6Si3相尺寸增加,且进入α相片层内部。合金在800~1000℃退火时,合金室温拉伸屈服强度随退火温度升高趋于降低。受相界面析出的硅化物聚合长大及α相片层尺寸增加等因素影响,合金高温屈服强度随退火温度升高先降低后增加。合金经过1000℃退火后,呈现良好的高温性能,其650℃下抗拉强度达657 MPa、屈服强度约为466 MPa、延伸率27%。

航天复杂薄壁零件加工工艺知识图谱构建及其应用

针对航天复杂薄壁零件加工工艺数据结构化程度低、难以重用等问题,将知识图谱引入工艺设计领域,提出了一种典型的复杂薄壁零件加工工艺知识图谱构建方法。首先,自顶向下定义工艺知识层次结构,利用本体建模构建了模式层;其次,利用知识抽取、知识融合及本体关系建立的方法自底向上构建了数据层,通过Neo4j图数据库完成了模式层与数据层的映射,并实现了工艺知识的可视化表征和快速检索;然后,在构建完成的工艺知识图谱基础上,结合零件属性和特征拓扑关系的相似度实现了工艺路线推荐;最后,搭建了复杂薄壁零件加工工艺知识图谱可视化系统,并以框段类零件为例展示了工艺知识检索与工艺路线推荐功能。研究结果表明:对基于知识图谱和相似度计算的工艺路线推荐模型进行了500次测试,有94.7%的推荐列表中存在与目标零件相符的工艺路线。这证明了该工艺知识图谱的构建方法是可行的,并且其对工艺设计工作起到辅助决策作用,可以有效提高工艺查询和设计的效率。

YG8/GH4169异种材料钎焊接头残余应力的数值模拟

钻探采样技术是实现月球土壤样本采集的首选方法,针对钻采工具中异种材料钎焊接头残余应力大、连接质量差等问题,以ANSYS有限元软件为平台,采用数值模拟方法,分析了YG8/GH4169钎焊接头残余应力的分布情况,以及添加Cu,Mo中间层时对接头残余应力的影响规律.结果表明,在硬质合金/高温合金钎焊接头中存在极大的残余应力,硬质合金靠近焊缝的顶点附近为应力集中的危险区域,最大轴向残余应力约为1304 MPa;添加Cu,Mo中间层均能有效缓解接头残余应力,当中间层厚度小于0.6 mm时,Cu对接头残余应力的缓解效果更好,中间层厚度大于0.6 mm时,Mo的缓解效果更佳;Cu,Mo作为中间层时,缓解接头残余应力的最佳厚度均为1.0 mm左右,异种材料钎焊接头残余应力的试验结果与数值模拟结果基本吻合.

视觉跟踪技术中孪生网络的研究进展

在计算机视觉领域中,基于孪生网络的跟踪算法相比于传统算法提高了精度和速度,但是仍会受到目标遮挡、变形、环境变化等影响,导致孪生网络的跟踪算法的性能降低。为了深入了解基于孪生网络的单目标跟踪算法,本文对现有基于孪生网络目标跟踪算法进行了总结和分析,主要包括在孪生网络中引入注意力机制方法、超参数推理方法和模板更新方法,对这3种方法的目标跟踪算法进行了综述,详细介绍了国内外近几年基于孪生网络的算法研究和发展现状。对3个方面的代表算法采用VOT2016、VOT2017、VOT2018和OTB-2015数据集进行实验对比,获得了多种基于孪生网络的目标跟踪算法的性能。最后对基于孪生网络的目标跟踪算法进行了总结,并对未来的发展方向进行了展望。

面向边缘计算的数字化车间制造数据实时融合方法

针对当前数字化车间制造数据冗余性高、传输协议不一致的问题,提出一种面向边缘计算的车间数据实时融合方法。首先,围绕边缘计算思想,建立基于物联网的车间数据实时采集体系架构;其次,借鉴证据理论,以一致性检测和归一化后的数据为基础,提出互支持度进行证据转换,并引入改进的证据组合规则获得融合数据,减少设备端上传的数据量,减轻传输网络的传输压力;然后,以OPC UA信息模型为基础,构建协议转换所需配置的信息层次结构模型,以可视化配置的形式完成协议转换,为车间数据提供统一的传输接口;最后,以某航天制造车间总线控制台为验证对象,验证了所提方法的有效性。

热防护筒件无损装夹与精准调姿研究

针对以气凝胶为基体的热防护筒件在机加工过程中存在手动调姿繁琐、产品表面易损伤等问题,结合气凝胶热防护层材料性能,提出了一种可实现工件无损装夹并能进行位姿调节的方案设计,通过柔性真空吸附装置实现工件无损装夹,通过4个三坐标定位器实现工件六自由度位姿调节,基于快速位姿算法,结合误差权值分配法,利用Levenberg-Marquard(LM)算法对含有误差的位姿调节参数进行修正,得到更准确的目标位姿参数,仿真结果显示,修正后位姿调节参数误差减小了50%~90%。最后进行了试验验证,修正后,工件位姿调节参数位置误差小于0.6 mm,姿态误差小于0.25°,其装置性能满足目前工艺需求,可有效提升以气凝胶为基体的复合材料机加工生产效率。

面向精度提升与工艺改进的容差分配多目标模型融合方法

在现代机械产品装配容差优化过程中,多以简单加权求和的方式构建多目标容差优化模型,求解效果较差且与装配现场的适用性不强。鉴于此,以装配精度提升与工艺改进为目标导向,首先,考虑配合误差引起的零件上不同关键特征间的位姿变动,构建装配误差传递累积模型与协调尺寸链,精准预测装配误差与多装配体间的协调误差;其次,结合各制造环节误差数据与装配精度累积数据,分别建立加工成本、质量损失、修配成本3个单目标优化模型,并以此提出可避免容差数据优化失衡与优化方向偏离的多目标模型权重参数分配方法,构建多目标容差优化分配模型;最后,采用加速粒子群算法求解得到面向工艺性能提升的各组成环误差数值。以某型航天器分段式机翼对接装配优化为例,在改进产品定位装夹方式之前,机翼对接外形阶差与修配成本分别降低94.68%与83.49%;在使用外形卡板定位后,通过优化使上述两项装配指标分别降低11.21%与8.50%,有效地保障了产品型面装配精度与对接协调质量。

热连轧过程机架间运动板带动特性研究

研究了热轧过程机架间运动板带动力学特征及其影响因素。基于热轧过程板带张力形成机理,考虑机架间板带张力建立了动态张力模型;同时,考虑热轧机活套辊对运动板带的支撑作用,基于Hamilton理论建立了运动板带等效运动梁模型,并基于四阶Galerkin截断法对偏微分方程进行离散化,得到系统四阶常微分方程组。仿真分析机架间板带张力、速度和活套辊支承刚度对运动板带动力学特性的影响,以及运动板带在辊系振动引发的速度摄动下振动特征和影响规律。结果表明:张力、板带速度和活套支撑辊刚度均影响板带动力学模态特征,且活套辊支撑作用可降低板带振动幅值;在热轧工艺范围内,调整板带张力和速度对运动板带的稳定性影响不大;辊系振动造成板带运动速度呈摄动特征,且摄动频率和幅值与板带振动强度关系密切。该研究对热轧过程机架间运动板带稳定性分析和活套控制设计提供参考。

晶粒细化剂对7050铝合金铸锭晶粒组织的影响

对分别采用AlTi3C0.15和AlTi5B1细化的不同规格7050铝合金铸锭进行低倍组织观察,并利用光学显微镜和金相分析软件对各铸锭不同位置进行显微组织分析和晶粒尺寸测量。结果表明,采用AlTi3C0.15细化的铸锭,其低倍晶粒度明显大于采用AlTi5B1细化的铸锭;采用AlTi3C0.15细化的铸锭,其3/8厚度位置的晶粒尺寸大于1/2厚度位置,采用AlTi5B1细化的铸锭其3/8厚度位置的晶粒尺寸小于1/2厚度位置。

基于DEFORM-3D的X型号压裂泵用连杆模锻件预制坯优化

针对X型号压裂泵用连杆模锻件的形状特点,结合实际生产提出了一套成形工艺方案。利用有限元数值模拟软件DEFORM3D分析了预制坯形状对成形结果的影响,设计了3种预制坯方案,模拟终锻成形过程。通过对比不同方案成形过程中的填充情况、等效应变云图、等效应力云图、截面金属流速分布等,得出了合理的预制坯形状及成形工艺参数,消除了产生缺陷的风险,提高了锻件的一次成形率,通过生产试制,有效验证了研究结果。

增材制造高温合金压力容器裂纹补焊工艺研究

本文主要研究了增材制造高温合金压力容器裂纹补焊工艺。介绍了增材制造技术原理及其在高温合金压力容器修复中的应用。提出了增材制造高温合金压力容器裂纹补焊工艺的设计思路。对增材制造高温合金压力容器裂纹补焊工艺进行了优化,对焊接路径进行了优化,以提高焊接质量和效率。通过实际应用验证了其可行性和有效性。对于提高高温合金压力容器的使用寿命和安全性具有重要意义。

多品种变批量产品自动化生产线高效加工技术

以两条自动化生产线为基础,阐述了生产线加工中零件种类多状态复杂、单工序加工时间少、品种变换频繁及生产线运行节拍卡顿不流畅等情况,并分析导致数控机床利用率低、生产线效率低下的主要原因;基于制造痛点创新研究了多品种变批量产品在生产线高效加工技术,实现了自动化智能生产线的高效加工和设备利用率最大化,对于发展智能制造技术、构建自动生产线和落实智能制造在生产中的应用具有较好的参考价值。

激光选区熔化TA15材料缺陷分布研究

激光选区熔化(SLM)技术可以实现复杂构件的高精度快速制造,虽然在航空航天领域得到了广泛应用,但成形件内部难以避免地会存在缺陷。针对实际产品的SLM成形工艺改进和确定产品质量验收条件的需要,采用扫描电镜对与实际产品相同工艺制备的TA15材料试样开展了缺陷分布研究。结果表明:试样内部主要存在气孔和未熔合缺陷,不同厚度试样的缺陷均呈现相同的分布规律,即未熔合缺陷主要分布于试样的表面区域,气孔缺陷主要为无规则的弥散分布,整体而言,缺陷的分布呈现一定的聚集性趋势。

复杂薄壁零件典型特征智能编程技术应用研究

为提高复杂薄壁零件编程效率和质量,以及程序的标准化程度,研究了复杂薄壁零件基于典型特征的智能编程方法。基于模型进行特征识别,基于特征检索加工策略,自动推理加工方案并生成刀轨。最后,基于NX平台开发出基于该方法的智能编程系统并以某航天器复杂薄壁零件进行了测试验证。测试结果表明,该方法可实现复杂薄壁零件基于特征的智能数控程序编制,编程效率提升40%以上。

TA15钛合金板材冷折弯成形的有限元模拟及实验研究

为了进一步研究TA15钛合金板材的冷折弯成形规律,使用有限元模拟成形软件PamStamp2G对其成形过程进行了模拟,分析了凸模行程、凹模跨度、凸模圆角对板材折弯后回弹的影响规律,并对TA15板材折弯的极限角度和回弹角度进行了研究。通过对比模拟结果与实验数据,发现两者趋势基本一致。这验证了PamStamp2G有限元模拟技术在TA15板材冷折弯成形过程中的有效性和可行性。

基于ANSYS的摆线齿锥齿轮有限元模态分析与研究

研究了摆线齿锥齿轮的固有振动特性,考虑到摆线齿锥齿轮的特点,利用三维软件Pro/E进行了精确参数化建模,以有限元方法理论为基础,通过有限元分析软件ANSYS对齿轮进行模态分析,得到了10阶固有振动频率、模态振型和应力、应变云图,为齿轮系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供了依据,为摆线齿锥齿轮系统的动态设计和减少振动等方面提供了理论依据;同时,为齿轮系统的动态响应计算和分析奠定了基础。

基于多视觉传感器融合的装配过程质量移动智能检测技术研究

针对航空航天领域大尺寸复杂产品装配过程质量检测过程中检测项目类型多、空间跨度大以及检测环境复杂等问题,提出一种基于多视觉传感器融合的装配过程质量移动智能检测框架。该框架以移动机器人为柔性运动载体,以多视觉传感器融合形成检测单元,可实现复杂产品装配过程质量的自动化、智能化检测。重点分析了基于模型驱动的视点与站位智能规划、基于情境感知的移动机器人自适应数据采集、多源数据融合与装配过程质量综合评定等关键技术,并通过实例验证了所提框架的合理性与有效性。

隧道掘进机滚刀刀圈模锻成形工艺的模拟与实验研究

目的提出锤上模锻的成形工艺,进行滚刀刀圈的制造,以改善和提高隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)滚刀刀圈的模锻成形质量。方法基于TMB滚刀刀圈的结构及特征,制定滚刀刀圈的模锻成形工艺,建立锤上模锻和液压机模锻成形的数值模拟模型,通过数值模拟分析对比2种工艺下滚刀刀圈的成形质量和温度场、模具应力等各场变量。基于数值模拟结果,采用锤上模锻的工艺进行刀圈成形实验研究,对比分析实验和数值模拟过程中的打击次数、锻件外观及尺寸、截面流线、飞边长度等特征。结果数值模拟结果表明,采用液压机模锻成形的刀圈内部及刃部流线易出现折叠缺陷,模锻结束后锻件温降严重且模具应力较大;而采用锤上模锻成形的刀圈刃部流线分布合理,内部成形均匀性较好,模锻结束后锻件温度为992~1170℃,成形模具应力为1348 MPa,小于液压机模锻的模具应力,满足模具强度要求。锤上模锻成形实验结果表明,成形实验和数值模拟的打击次数较为吻合,成形外观一致,刀圈截面流线分布相似,没有明显的尺寸误差和飞边长度误差。结论采用锤上模锻成形工艺成形滚刀刀圈具有较高的工艺可行性和较好的成形质量。

基于近似模型的装夹应力场虚拟映射方法研究

切削加工过程中材料内部残余应力是影响加工质量的关键因素之一,在虚拟环境实现应力场演化过程的可视化能有效监测其演化规律,有助于提高零件加工质量。为实现应力场在虚拟环境的实时映射,依据数字孪生技术开发了一种装夹应力场实时映射方法。首先,阐明了切削加工系统数字孪生层级。然后,提出了加工过程残余应力场在虚拟环境的映射方案,具体为:基于有限元仿真方法,采用RBF神经网络建立了应力场仿真近似模型;以孪生几何模型为载体,采用数据驱动方法实现了近似模型仿真结果在虚拟环境的映射。最后,以工件装夹残余应力场分布情况为例进行验证。结果表明,近似模型实时仿真结果与有限元仿真结果的最大偏差为7.7%,验证了该应力场虚拟映射方法的可行性与有效性,为切削加工过程数字孪生提供了技术支撑。