以工程教育专业认证为导向的机械类专业课程体系改革思考——以湖南科技大学为例

工程教育专业认证已成为推动专业改革的重要推手,其提出的认证标准是专业发展的导向。机械设计制造及其自动化作为传统工科专业,在新时期下应结合本专业特色和工程教育专业认证标准,重新评估原有的培养方案,对培养目标、培养标准、课程体系设置等进行定量化评判,形成以培养目标为依据、培养标准为根本、课程体系为支撑的专业培养方案和评价体系。

用于蓝宝石材料加工的新型超精密抛光技术及复合抛光技术研究进展

超精密抛光是一种降低表面粗糙度,获得高表面质量和表面完整性的加工技术。蓝宝石作为典型的难加工硬脆材料,传统抛光方法存在表面会产生崩碎、划痕等损伤,表面质量难以得到保证以及加工效率低等问题。本文综述了应用于蓝宝石材料的磁流变抛光、水合抛光、化学机械抛光和激光抛光等技术的原理与特点及其研究现状,并分析了各抛光技术的优缺点;从表面质量、磨料与磨液、效率与成本等方面对各抛光技术进行比较;介绍了复合抛光技术在蓝宝石材料中的应用;最后重点展望了蓝宝石材料超精密抛光技术的下一步研究。

工程陶瓷高效精密磨削加工技术的研究进展

工程陶瓷具有许多优异的性能,已广泛用于各工业行业中.介绍了现阶段实现工程陶瓷高效精密磨削加工的方法,诸如高速深磨、激光预热辅助磨削、ELID镜面磨削、超声振动辅助磨削、预应力磨削以及复合工艺磨削等.从磨削效率、加工质量、成本、局限性等方面比较了这几种加工方法的优缺点.对工程陶瓷高效精密磨削加工技术的研究进行了展望.

钨合金的磨削加工去除机理

目的 解决钨合金磨削加工去除机理不明晰的问题。方法 基于单磨粒刻划有限元仿真、单磨粒刻划和磨削加工实验,探究钨合金的磨削加工去除机理。结果 在刻划过程中,划痕的不同位置材料的去除特性存在显著差异。在单颗粒刻划切入端,材料依次发生了塑性变形、隆起、微裂纹,再到钨相与黏结相的混杂交融。在划痕中段以材料去除为主,出现了材料微卷起和材料卷起现象,沿着刻划方向卷起现象越来越严重。在划痕切出端,划痕边缘和尾部均出现了“飞边”现象,且相较于切入端,切出端的形貌较差,实验与仿真吻合。此外,在不同相位处,材料的去除特性也存在一定不同。在钨相区域,同时存在脆性特征和塑性特征。在黏结相区域,刻划深度较浅时主要呈现塑性变形、塑性流动等特征,刻划中端深度较大时主要呈现与钨相的混杂和交融。在钨相与黏结相的相界处,相邻钨颗粒呈现不同的损伤或去除特征,且相界会阻断特征形貌的传递。最后,磨削后的钨合金表面存在单颗粒刻划痕上出现的所有去除特征,与单颗粒划痕的去除特征吻合。不同的是,磨削后划痕底部出现了区域性和放射状的裂纹。结论 钨合金的两相特性使得磨削表面的去除特征较复杂,存在塑性变形、微裂纹、微卷起、卷起、裂纹和两相交融等脆塑性并存的特征。

钻削碳纤维复合材料刀具磨损与加工质量的研究

使用麻花钻进行钻削碳纤维增强树脂基复合材料T800的试验,研究了刀具磨损对轴向力、钻削温度以及出口形貌的影响。结果表明:随着转速增大,后刀面磨损值增大;转速低于4 000 r/min时,后刀面磨损值增大比较平缓,高于4 000 r/min时,后刀面磨损急剧增大;随着进给速度增大,后刀面磨损值呈现先减小后增大的规律,在进给速度为60 mm/min时最小;随着刀具磨损增大,轴向力以及钻削温度增大,孔出口形貌变差;在转速低于1 000 r/min时,刀具磨损对温度影响很大,当转速高于2 500 r/min时,随着刀具磨损增大,温度增大比较平缓。

磨削加工中声发射监测技术研究进展

从磨削加工声发射监测原理、特征提取与选择、监测模型和监测系统开发4个方面系统地阐述了磨削加工声发射监测技术的研究现状。首先针对磨削中声发射信号源及特性进行综述,重点阐述不同磨削状态下声发射监测的原理;随后对比了磨削加工声发射监测中常见的特征提取与选择方法和监测模型,比较各方法的优缺点,概括了现有监测系统的开发情况;最后对以上几方面研究的发展趋势进行了展望。

考虑材料塑性流动的粗糙表面弹塑性接触建模

针对粗糙表面弹塑性接触问题,考虑微凸体顶端因接触变形产生的材料塑性流动,从塑性变形体积守恒准则出发,将相邻接触单元划分为不同类型接触片段,对不同类型接触片段分别提出了材料塑性流动模式与算法,建立了表面微观形貌循环更新的弹塑性接触模型。通过与Hertz解和有限元解进行对比,检验了所提模型的有效性。应用所提模型开展粗糙表面弹塑性接触分析,获得了表面微观形貌和接触压力演化过程。结果表明:所提模型与Hertz解和有限元解基本相符,最大误差在10%以内;材料塑性流动使得材料由峰顶逐渐向峰谷转移,导致接触范围随之变大,平均接触压力随之减小,但转变速度逐渐趋缓。

NbC含量对烧结NbC/ASP2080高速钢复合材料组织及性能的影响

为了提升高速钢的红硬性及韧性,通过粉末球磨(碳化物及金属粉末)加真空烧结工艺制备了不同含量的NbC颗粒增强ASP2080高速钢复合材料。利用XRD、SEM、EDS、万能拉伸试验机等对NbC/ASP2080高速钢复合材料的微观组织及力学性能进行了表征分析。结果表明:NbC的添加不会改变复合材料的相结构,并且随着NbC含量的增加,热处理态复合材料的基体晶粒尺寸明显减小;热处理能显著提升复合材料的硬度、抗弯强度及冲击韧性;热处理态复合材料的硬度、抗弯强度及冲击韧性随着NbC含量的增加均出现先增大后减小的趋势。NbC含量为4%时的热处理态复合材料拥有最佳的综合性能,其平均晶粒尺寸为6.52μm,硬度、抗弯强度和冲击韧性分别为71.7 HRC、825.3 MPa、6.75 J/cm2。

变厚截面材料激光穿透焊接自适应功率控制研究

激光焊接变厚截面板是实现汽车轻量化的有效举措,但在激光焊接过程中,因工艺不稳定易导致焊缝熔透状态不一致,工件焊接质量较差。由于激光功率易于控制且对熔深影响显著,因此从变厚截面板激光焊接过程中的功率控制需求入手,设计了功率控制软硬件系统,完成了功率控制平台的搭建;采用卷积神经网络对同轴图像采集系统获取的小孔穿透孔图像进行分类,依据穿透孔面积分为未熔透、适度熔透和过熔透,采用PID控制系统根据分类结果编码实时改变焊接功率以获得适度熔透状态;通过采用变截面板进行激光焊接功率自适应调控试验,获得了背部余高均匀的焊缝,验证了自适应功率监测和控制算法的有效性。

基于组合赋权的机床加工工艺参数多目标综合决策方法

针对机床加工过程的复杂性,提出了考虑传统决策指标和资源环境属性决策指标的多目标决策方法。依据层次分析法和指标相关性的指标权重确定方法对各指标进行主客观组合赋权,采用TOPSIS设定正负理想序列,分别采用欧氏距离法和灰色关联法对各实验组(工艺参数组合)进行排序,剔除两种方法下排序差异大的方案,得到了折中的最优工艺参数。最后,以平面磨床磨削实验为例对该方法进行了论证。

一种球面零件法向跟踪磨削加工运动学模型

针对当前航空航天、高铁等工业领域对难加工材料球面零件的高效精密加工的需求,简要介绍球面零件的加工原理与方法,重点讨论分析传统球面零件磨削加工的三种方法及其优缺点。提出一种新的基于砂轮法向跟踪原理的球面磨削加工方法,改善球面零件精密加工的情况,充分利用多轴联动磨床的加工优势。根据几何运动分解处理划分为类外圆磨削和类平面点磨削,并从砂轮–工件几何接触长度、砂轮磨削路径等角度进行了几何学运动分析,为该方法的深入研究提供指导。

面向凸轮轴磨削加工的智能决策云服务实现

在分析云制造模式下凸轮轴磨削加工特征和工艺智能决策需求的基础上,建立了凸轮轴磨削过程的智能决策云服务模式,设计了面向云服务的凸轮轴磨削工艺智能决策软件整体框架,构建了集成基础数据库、工艺知识库、工艺定义与决策优化等模块的工艺智能决策软件,搭建了面向凸轮轴磨削加工的智能决策云服务平台,并通过实例验证实现了工艺数据与智能决策的协同融合,为凸轮轴的高效智能磨削提供了新的思路和实现途径。

基于脆性材料的SHPB实验研究与展望

本文介绍了岩石、混凝土、陶瓷等脆性材料的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验研究进展。总结发现,脆性材料进行SHPB实验时主要存在应力波几何弥散、试件应力不均匀及非恒应变率加载、高强度脆性材料的二维效应和不完全平面接触等问题。结合SHPB实验原理和脆性材料自身特性,着重讨论了问题产生的原因及相应的改进技术,并就这一方面更深入的研究工作进行了展望。

淬硬轴承钢硬车削和磨削辅助加工技术研究

为提高轴承套圈表面加工质量及生产效率,在硬车削、磨削中引入了辅助加工技术。介绍热效应、冷效应、超声振动硬车削辅助加工技术,以及超声振动、冷效应、在线电解修整砂轮磨削辅助加工技术,分析了各辅助加工技术的优缺点,并展望了硬车削、磨削辅助加工技术的未来发展趋势。

基于BP神经网络的槽类特征铣削加工方案决策和刀具优选

为实现CAPP系统中零件特征加工方法的智能决策,完成加工结果相互关联的特征加工方案选择,利用BP神经网络算法对槽类特征加工方法和刀具选择进行智能决策,建立了从输入到输出的网络决策模型,并对网络结构、参数确定问题进行阐述。通过正交表选取试验样本,运用带有自适应lr的梯度下降算法来训练网络,最后通过实例验证了该网络的有效性。结果表明,利用BP神经网络进行零件加工方法的选择和刀具优选是可行且有效的。

电脉冲处理及其辅助金属加工技术研究现状

电脉冲施加于金属材料时会产生热效应与非热效应,两种效应的耦合作用能够促进位错移动和原子扩散,提高空位扩散的迁移率,导致金属材料的微观结构演变,形成电致塑性效应。从电致塑性效应的基本理论出发,综述了电脉冲处理调控金属材料组织结构的研究进展以及电脉冲在辅助塑性加工和切削加工方面的应用情况,指出未来研究重点应集中在电脉冲处理及其辅助加工中热效应和非热效应的耦合机理以及复杂结构零部件加工时的电流密度分布等方面。

热等静压工艺制备的Ti-6Al-4V薄壁筒的切削加工

为了能够提高钛合金薄壁筒的加工效率,利用热等静压工艺制备了两个具有不同结构的Ti-6Al-4V薄壁筒,研究了夹具、填充泥浆和筒结构对Ti-6Al-4V薄壁筒的外圆表面粗糙度和精度的影响。结果显示,Ti-6Al-4V热等静压薄壁筒经过切削加工能够达到精度要求,填充泥浆降低了弹性回弹,提高了薄壁筒外圆精度;筒结构的内圆环和粗大端能够提高刚度,有效降低了外圆表面粗糙度值;夹具尺寸误差对圆度和同轴度影响较大,较大的尺寸误差显著降低了筒的外圆精度。

碳化硅陶瓷的激光改性磨削

为了实现碳化硅陶瓷的高精加工,激光辐照被引入磨削加工中。本文以碳化硅陶瓷为研究对象,采用激光改性磨削工艺,利用激光辐照对碳化硅陶瓷进行改性处理,进而对碳化硅陶瓷进行磨削试验。与普通磨削进行比较,研究了碳化硅陶瓷试样的磨削力、表面粗糙度、表面形貌和亚表面损伤。实验结果表明,与普通磨削相比,激光改性磨削可以有效降低法向磨削力、切向磨削力、表面粗糙度,最大下降幅度分别为33.91%、37.31%和33.14%。激光改性磨削促使SiC陶瓷在磨削过程中以塑性去除为主,磨削表面规则且光滑;工件亚表面微裂纹较少,亚表面损伤深度小;实现了大磨削深度的塑性去除,提高了SiC陶瓷的磨削质量。

不同模具角度下反复弯曲-压平变形工艺对AZ31镁合金板材显微组织演变和变形行为的影响

采用不同角度模具的反复弯曲-压平变形工艺制备AZ31镁合金板材。通过FEM、OM、EBSD和硬度计研究AZ31镁合金在反复弯曲-压平变形过程中的显微组织演变和变形行为。结果表明,150°/150°模具在所有三组实验中都表现出最佳性能。随着道次的增加,合金的等效应变由于剪切和弯曲作用而显著提高。经过4道次后,合金的平均晶粒尺寸显著细化至1.7μm,基面织构被弱化,这是非基面滑移、动态再结晶和孪生引起的;尤其是锥面滑移有利于引发动态再结晶和孪生。合金的硬度值达到HV 77,这是滑移、孪生和动态再结晶竞争产生的显微组织和织构综合作用的结果。

面向绿色高效制造的铣削工艺参数多目标优化

为了实现数控机床的绿色高效制造,考虑加工过程中刀具寿命和零件表面质量的实际约束条件,建立了以能量效率最高、碳排放最低和材料去除率最高为目标的多目标优化模型。通过设计面中心复合试验获取试验数据,采用信噪比方法将不同要求的优化目标转换成同要求的信噪比,使用基于组合权重的灰色关联分析法将多目标优化转化为单目标优化问题,基于响应曲面法建立关联度与工艺参数的二阶关系模型,应用量子遗传算法对优化模型进行求解。最后通过试验验证了该多目标优化模型的有效性。