发动机减震器带轮内筒的铲旋成形模拟及试验

针对发动机减震器带轮内筒成形,提出一种新的旋压工艺——铲旋技术。利用DEFORM建立三维刚塑性力学模型,以旋轮转速、进给速度、圆角半径和直径为优化参数,成形载荷为优化目标,设计正交试验,对发动机减震器带轮内筒的铲旋成形进行有限元模拟,并提取成形载荷曲线进行分析。在CDC-S400旋压机上进行试验,并对数值模拟结果加以验证。研究结果表明,旋轮进给速度对成形载荷影响最大,直径影响最小;工艺参数优化后,最大成形载荷明显下降。

激光选区熔化成形注塑模具钢AISI 420与S136的组织及力学性能研究

采用激光选区熔化(SLM)技术分别成形注塑模具钢AISI 420和S136,对两种钢的相组成、微观组织、显微硬度、抗拉强度和摩擦磨损性进行了研究。结果表明:SLM成形AISI 420比S136具有更高的强度和伸长率,其强度和伸长率分别为:1234.13 MPa、14.63%,642.89 MPa、9.76%;得益于S136较高的C含量,在激光加工的快速冷却作用下S136比AISI 420更易产生马氏体,因此拥有更高的硬度和较低的磨损率,S136和AISI 420的硬度和磨损率分别为589 HV3、3.2803×10^(-5)mm^3·N^(-1)·m^(-1),493.78 HV3、4.1239×10^(-5)mm^3·N^(-1)·m^(-1)。

基板厚度对电弧熔积成形应力场及基板翘曲变形的影响

使用ANSYS有限元软件模拟研究了不同厚度基板下电弧熔积成形过程中的温度场、应力分布和基板的残余翘曲变形。计算结果表明:随着基板厚度的增加,成形件第一主应力的大应力区域面积逐渐缩小,成形件纵向残余应力最大值略有波动但相对稳定,基板翘曲变形减小,基板厚度对成形件变形和精度的影响也越来越小。模拟结果与试验测量结果具有良好的一致性,研究结论对电弧熔积增材成形工艺合理选择基板厚度具有理论和实际的指导意义。

电弧熔积-微轧复合成型枝晶形态演变模拟

采用模拟的方法研究了电弧熔积-微轧复合制造45钢工件枝晶形态演变的规律及内在机理。通过ABAQUS软件模拟了熔积温度场以及轧制阶段的应变场。基于温度场及应变场模拟数据,应用MATLAB软件进一步模拟了电弧熔积-微轧复合成型过程中的动态再结晶过程。结果显示,轧制使工件的应变分布沿高度方向递减,使工件表面再结晶形核更快。对比不同压下高度对再结晶晶粒的影响发现,随着压下高度的增大,再结晶区域越大,晶粒尺寸越均匀。模拟结果从组织形貌方面反馈给工艺,为优化工艺参数提供了依据。

等壁厚螺旋管增量成形模设计

针对等壁厚螺旋管零件提出一种增量锻造成形方法,由于零件内外轮廓特殊,其成形模设计是成形工艺的关键。以单导程500 mm,厚度8 mm的螺旋管为例,通过转化三维问题为平面二维几何问题,对其增量成形模结构进行数学分析与公式推导,计算出能使工件顺利脱模的单块模具最大中心角,并从轴向截面和纵向截面对模具型腔进行设计。试验表明,使用该模具成形的等壁厚螺旋管效果良好。

多楔轮旋压增厚成形工艺参数优化

利用DEFORM软件建立多楔轮旋压增厚成形的三维刚塑性力学模型,以旋轮受的成形载荷为优化目标,采用正交试验和模拟分析对工艺参数进行优化,研究各工艺参数对成形载荷的影响规律。结果表明,旋轮进给速度对成形载荷的影响最大,正交优化后成形载荷降低26%。采用神经网络和遗传算法对增厚工艺参数进一步优化。结果表明,智能优化后成形载荷降低28%,优化后的工艺参数可用于旋压增厚工艺的实际生产。

电弧增材成形轨迹曲率对熔积层形貌的影响

在高效低成本电弧增材熔积成形过程中,熔积成形轨迹对熔积层形貌有重要影响。为了掌握成形轨迹对熔积层形貌的影响机理,借助于机器人MIG焊技术,以ER316L不锈钢为成形材料,研究了成形轨迹不同曲率半径对圆弧焊道焊宽及余高的影响。结果表明,电弧增材成形圆弧轨迹对电弧形态及熔滴过渡的影响主要来源于磁偏吹效应;在成形速度不变的情况下,随着轨迹曲率的增加,焊宽逐渐变宽,余高整体升高。

并列线圈在平板电磁成形中的磁场力分布与受力分析

建立平板电磁成形3D有限元模型,分析线圈与板料间隙磁感应强度的分布,并与试验数据对比,验证了模拟方法的准确性。设计并列圆形与并列方形线圈结构,对于线圈加载不同方向电流,采用有限元模拟方法研究了线圈在被成形平板件上产生的磁场力分布规律。分析了并列圆形与并列方形线圈结构的受力状况和失效模式,提出了线圈结构设计改进方案与失效预防措施。根据并列圆形与并列方形线圈结构的特点,为并列线圈成形不规则工件的工程应用提供了指导。

烧结温度和保温时间对黏结剂喷射增材制造AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金显微组织和性能的影响

AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金具有断裂强度高、抗疲劳强度高等优点。本研究使用黏结剂喷射增材制造技术(Binder jetting additive manufacturing,BJAM)制备该合金,通过调节烧结温度(1290℃~1350℃)和保温时间(1~5 h)探究烧结工艺对该合金的显微组织及拉伸性能的影响。结果表明:烧结温度和保温时间通过影响孔隙率及晶粒大小直接影响高熵合金烧结件的性能;孔隙率的下降与晶粒长大同时发生,两因素耦合影响烧结件的力学性能。1350℃保温3 h样品的伸长率达7.09%、致密度达92.5%,1350℃保温1 h样品的屈服强度和断裂强度分别达到600.19 MPa和1021.32 MPa。

3D打印成型陶瓷零件坯体及其致密化技术

3D打印技术在陶瓷零件成型方面具有较大应用潜力,被认为是近净尺寸成型高性能复杂结构陶瓷零件的一种新途径。本文比较了陶瓷零件或其坯体的激光选区熔化、薄材叠加制造、熔融沉积造型、光固化、三维打印和激光选区烧结等不同3D打印工艺及其致密化手段的优势和不足,认为较低的相对密度和强度是阻碍3D打印陶瓷零件实现产品应用的主要障碍。本团队近年来采用造粒混合法制备出具有良好流动性的3D打印复合陶瓷粉体,再通过激光选区烧结(SLS)和冷等静压(CIP)技术分别进行坯体成型及均匀致密化处理,制备出了高性能、复杂结构的Al_2O_3致密陶瓷零件。本文回顾了这些工作,并补充介绍了溶解沉淀和溶剂蒸发这两种制备复合陶瓷粉体的新方法,利用SLS/CIP复合工艺进一步制造了ZrO_2、SiC、高白土等其它材质的复杂陶瓷零件,为3D打印陶瓷用于航空航天、医疗、艺术等领域奠定了基础。

自硬呋喃树脂残留抗压强度的试验研究

通过试验研究确定了呋喃树脂残留抗压强度试样的制备方法,并取少量呋喃树脂进行热重-质谱联用检测,得出DTG曲线和MS曲线,进而研究温度对呋喃树脂残留抗压强度的影响规律。结果表明:呋喃树脂固化过程的剧烈热效应是其难以制样的原因,可以采用冰水冷却处理的方法对其进行制样;在不同温度下测量呋喃树脂的残留强度,发现呋喃树脂的残留抗压强度在200℃后急剧下降,然而由于树脂发生焦化,到700℃后其残留抗压强度又开始小幅上升。

盘形件局部加热旋压增厚过程设计

针对薄辐板厚轮缘盘形件提出一种局部加热旋压增厚成形方法。通过数学建模,得到了变形前沿即加热热源位置随时间变化的规律并给出了相应的加热功率,计算结果表明,在增厚过程中火焰喷枪近似匀速向圆板中心推进,在历经不同温度分区时,需要施以不同功率才能使变形前沿温度达到目标温度。以半径191 mm、厚度2.5 mm的圆形板料为例进行工艺实验,实验中,旋轮沿径向向内进给压缩轮缘的同时,火焰随着变形区前沿的变化而向内移动。实验结果表明,局部加热能使工件心部支撑材料保持足够的刚度抵抗失稳的产生,单道次增厚比可以达到2以上,与冷旋相比,能显著提高增厚效率。

面向模具企业自动化生产的RFID定位技术研究

针对模具企业自动化生产中的定位需求,对RFID定位技术在模具企业存在大量金属障碍物的环境下的应用进行了研究。在参考Landmarc系统的基础上,通过对现有算法和系统的理论分析,提出了2种改进定位算法布局的方案,并且通过模拟环境的试验验证,证明2种方案均切实可行,有效地提高了定位系统的定位精度,同时通过成本控制显著降低了自动定位系统的布置成本。

湿型砂鲕化率检测方法的研究

采用磷酸法和盐酸-氢氧化钾法对湿型砂鲕化率进行了测量试验,并对其中的关键步骤进行了改进。试验结果表明:将加热方式改为随炉加热,可以避免试样表面出现焦炭膜;将煮沸工艺改为煮沸+搅拌工艺,可以使鲕化层去除更完全;将盐酸-磷酸法中的盐酸取消,简化为磷酸法,可以减小金属元素损失,使测量值更准确;将盐酸-氢氧化钾法的反应时间从25 min延长至30 min,可以解决砂粒未洗净的问题;使用少量盐酸滴入到沉淀与砂粒混合的溶液中,沉淀可以被有效去除,解决两者难以分离的问题。

组分加入量对双组分无机粘结剂砂强度的影响

试验研究了对液态粘结材料和粉状促硬剂组成的双组分新型硅酸盐无机粘结剂。试验结果表明:调控液态粘结材料和粉状促硬剂加入量和相对比例,会显著影响型(芯)砂的粘结强度,其中,液态粘结材料中的硅酸盐起主要粘结作用,过少时会影响粘结桥的内聚强度。粉状促硬剂则用来提高硅酸盐内部缩聚反应的程度,过少时无法提供充足的反应颗粒,过多则会降低液态材料的有效粘结率。通过试验得到最优组分为液态粘结材料加入量2%、粉状促硬剂加入量50%,此时综合使用性能最优。

时效处理对高强韧压铸Al-Mg-Si-Mn合金力学性能的影响

压铸Al-Mg-Si-Mn合金强度高、韧性好,在高强韧汽车零部件的制造上拥有良好的应用前景。为进一步提高压铸Al-Mg-Si-Mn合金的力学性能,在本研究中对高强韧压铸AlMg5Si2Mn合金进行了250℃下保温1 h的人工时效处理,测试了铸态和人工时效后的拉伸和疲劳特性,观察了时效前后的微观组织变化,并且对疲劳断口进行了分析。试验结果表明:AlMg5Si2Mn合金在时效处理后分布于α-Al基体上的β-Al8Mg5相减少;试样的抗拉强度、屈服强度和硬度分别提高14%、29%、9%,断后伸长率变化不明显;时效处理对合金的疲劳寿命没有明显的影响。

间接超声振动制备A356铝合金半固态浆料的机理

采用间接超声振动方法制备出晶粒尺寸细小、形貌圆整的铝合金半固态浆料,并结合可视化的示踪粒子水模拟实验对其制浆机理进行探讨。结果表明:在容器底部对A356铝合金熔体进行间接超声振动处理20 s即可获得明显的非枝晶初晶颗粒;作用40 s后可获得晶粒形状系数为0.6、平均晶粒直径为70μm的半固态浆料;在制浆过程中,有明显的超声波作用的特征,即透过容器底部在熔体内部有明显的声流效应、空化效应以及热效应;同时具有高频机械振动的特征,液面搅动较大,凝结于杯壁的固相颗粒剥落,使晶核数量增加;因此,间接超声振动作用于金属熔体时,并不是单纯的机械振动作用效果,而是超声波和高频机械振动的共同作用。

半固态流变压铸Al-20%Si合金充型能力的研究

在合金液相线温度附近,对Al-20%Si高硅铝合金施加高能超声振动,制得具有一定固相率的半固态浆料,并流变压铸成形为蛇形试样。通过正交实验法,研究了压射压力、压射速度和浇注温度对半固态流变压铸Al-20%Si合金充型能力的影响。结果表明,在本试验条件下,工艺参数影响充型能力的强弱依次为:充型压力,压射速度,浇注温度。充型能力随充型压力增大而提高,随压射速度的增大,充型能力先提高后降低。浆料浇注温度在700～680℃间变化时,合金充型流动长度的差别不大。根据正交实验分析,得到最佳充型能力的工艺参数:充型压力为80MPa,充型速度为2.5m/s左右,浆料浇注温度为690℃,流变压铸Al-20%Si半固态合金可达到最大充型长度2118mm。合金的非平衡凝固使得组织中出现了初生α-Al,且试样前端组织较靠近料柄部分更为细小均匀。

高Ni-Cr铸铁的热磨损和热疲劳性能研究

采用75SiFe孕育与REMg变质处理金属型铸造高Ni-Cr铸铁,研究了微观组织对高Ni-Cr铸铁热疲劳和热磨损性能的影响,结果表明:(1)550℃的高温磨损试验中,75SiFe孕育、REMg变质高Ni-Cr铸铁的磨损失重量随载荷的增大呈线性增长,在载荷相同的条件下,REMg变质试样的磨损失重小于75SiFe孕育试样,表现出较好的抗高温磨损性能,高Ni-Cr铸铁的高温磨损机制为氧化粘着磨损和接触疲劳磨损。(2)75SiFe孕育试样热裂纹垂直长度为15.49 mm,优于REMg变质试样热裂纹垂直长度17.69 mm,抗热裂性能较好。75SiFe孕育试样热裂纹在片状石墨尖端处基体组织内萌发,沿奥氏体和莱氏体界面扩展;REMg变质试样热裂纹在碳化物内萌生,并在碳化物内传播,造成碳化物破碎。

基于多频外差原理的三维测量技术

提出了一种基于外差原理的三维测量技术,该技术由相位移法、外差原理和双目立体视觉3部分组成。相位移法和外差原理相结合能够自动完成相位展开,同时保持相移法原有的相位求解精度;然后根据相位展开后的相位图,使用双目立体视觉原理自动完成左、右对应点的立体匹配和被测物体的点云重构。利用基于多频外差原理的三维测量技术建立了一套三维测量系统,该系统由2个CCD摄像机和1个DLP投影仪组成。利用上述系统对人脸模型进行测量试验,测量结果表明该系统能够完成复杂自由曲面的测量,测量数据完整可靠。