预应力硬态切削加工过程的有限元数值模拟研究

基于预应力切削的原理,建立预应力硬态切削42CrMo钢的正交切削热力耦合有限元模型,采用剪切断裂失效准则、单元删除和任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian Eulerian,ALE)方法实现切屑的分离。研究工件材料的本构关系、切屑分离标准、刀屑接触面的摩擦模型以及热传导方程等切削模拟中的关键技术,得到不同预应力大小对加工表面残余应力的影响关系;将数值模拟结果与实验数据进行比较,两者具有较好的一致性。

刀具磨损的机器视觉监测研究

为提高铣削加工时的刀具利用率、降低刀具成本,提出采用机器视觉技术在机监测铣刀磨损状态,及时更换刀具。建立刀具磨损监测系统,由电荷耦合器件(Charge coupled device,CCD)相机获取刀具磨损图像,通过图像预处理、阈值分割、基于Canny算子和亚像素的边缘检测方法建立刀具磨损边界,提取刀具磨损量。开展GH4169镍基高温合金铣削实验,将监测系统检测的磨损量与超景深显微镜的测量结果进行比对,结果表明:该系统具有较高的检测精度,可实现铣削加工时刀具磨损状态的在机监测。

加压内冷却砂轮的研制及磨削性能研究

针对高温合金材料在磨削加工过程中存在磨削烧伤问题,为避免气障效应并强化冷却液在磨削弧区的换热效果,提出采用加压式内冷却断续磨削方法。利用数值模拟方法和3D打印技术对砂轮基体、加压内冷却系统和密封结构等进行设计和验证,制备了用于平面磨削的加压内冷却开槽CBN砂轮。在相同的磨削加工参数条件下,使用加压内冷却方法与外部喷射冷却方法进行镍基高温合金磨削对比试验,分析了砂轮速度、磨削深度和工件进给速度等加工参数对磨削温度、加工表面粗糙度和表面形貌的影响规律,验证了加压内冷却断续磨削方法对磨削弧区的强化换热效果。结果表明:在相同试验参数条件下磨削镍基高温合金,加压内冷却法比外部喷射冷却法的换热效率更高,得到的磨削温度更低,表面粗糙度更小,加工表面更为光滑细腻。

定向内冷方法在高温合金铣削加工中的应用

针对浇注冷却铣削镍基高温合金时因供液不充分产生的过热问题,采用定向内冷方法改善铣削换热。采用计算流体动力学方法分析了定向内冷流场特性,结果表明:定向内冷可保证切削液准确集中喷射至切削区并改善换热。开展了浇注冷却、定向内冷的端铣试验,实验结果表明:在相同铣削参数下,定向内冷具有更好的换热性能,且随供液压力增加冷却效率增强,当压力为10 bar时,铣削温度、表面粗糙度和加工硬化分别降低32.2%、19.8%和11.9%,表面残余压应力增加105.52 MPa,获得了更规整的加工表面。

陶瓷材料预应力加工的离散元模拟

基于离散元法,采用PFC2D软件中的Cluster方法建立陶瓷材料的BPM模型,此模型能描述陶瓷材料的沿晶断裂和穿晶断裂力学行为。采用预应力加工新工艺,对不同预应力条件下SiC陶瓷切削加工时裂纹的扩展过程进行离散元模拟。结果表明:采用离散元法模拟陶瓷材料在加工时裂纹的生成和扩展过程是有效的,并且在一定预应力条件下,预应力的增大能有效抑制加工过程中中位裂纹的扩展深度,缩短横向裂纹的扩展长度。

基于Plant Simulation的路灯杆件生产线产能优化方案研究

针对路灯杆件生产线由于制造工序较多而导致产能提升难度较大的问题,提出了一种基于Plant Simulation的路灯杆件生产线产能优化方案。首先,基于工厂调研数据建立路灯杆件生产线数字化模型,并验证其准确性;然后,在该模型基础上通过仿真实验分别确定了使产能最大化的缓存区位置、容量和处理工站位置、数量;最后,设计了“层级仿真”实验方案,分析缓存区及处理工站对产能的综合影响,得到的组合配置方案在生产线模拟运行中可实现产能最大化。

预应力切削钛合金的有限元分析

为揭示预应力切削对钛合金Ti6Al4V加工表面残余应力的调整机理,探讨切削时锯齿形切屑的形成过程,基于预应力切削原理建立了钛合金的预应力切削有限元模型,模拟了0、280 MPa和560 MPa这3种预应力下的锯齿形切屑形成过程以及已加工表面的残余应力分布。结果表明:采用预应力切削方法可以调整钛合金已加工表面的残余应力状态;预应力对锯齿形切屑的形成过程和切屑特征无明显影响;在材料弹性极限内施加越大的预应力,表面层残余压应力效果越显著,次表层最大残余压应力值越高,残余压应力层分布也越深。

克林贝格摆线齿准双曲面齿轮建模与仿真

基于克林贝格制准双曲面齿轮的加工方法和切齿加工原理,根据刀具、摇台及工件的相对位置和相对运动关系,建立切齿啮合坐标系。运用切齿啮合关系和空间啮合原理,推导出理论齿面方程。将理论齿面进行数据离散后建立非线性方程组,数值分析求解得到齿面离散点坐标。利用MATLAB和Pro/E软件进行准双曲面齿轮的三维仿真,从而为齿面接触分析、齿面误差测量、啮合动态仿真以及有限元分析等方面的研究提供理论支持。

交变振动载荷下Al_2O_3陶瓷钢摩擦副的摩擦磨损性能

在Al2O3陶瓷/45号钢摩擦副的工作过程中,摩擦副上的载荷不是单一的静载荷加载,而是复杂的振动载荷加载。在新型振动摩擦磨损试验机上采用环-块接触摩擦方式,研究Al2O3陶瓷与45号钢在交变振动载荷条件下的摩擦磨损性能,并与静载荷下的磨损性能进行对比;对陶瓷磨损表面进行扫描电镜观察与能谱分析。结果表明:在干摩擦条件下,交变振动载荷下的磨损量比正常载荷条件下的磨损量要大;交变振动载荷下氧化铝磨损表面产生微裂纹,氧化铝陶瓷的磨损机理是脆性断裂、磨粒磨损和犁沟磨损。在加载交变振动载荷与加载载荷条件下,氧化铝陶瓷磨损表面均覆盖一层金属转移膜,其主要成分为铁的氧化物。

水平圆管内海泡石矿粉的气力输送特性

针对海泡石矿粉颗粒在水平圆管内流动特性分析困难的问题,提出一种基于颗粒粒径和受力状况的海泡石矿粉颗粒的气力输送性能仿真分析方法;以颗粒平稳气力输送为目标,构建水平圆管内海泡石颗粒的切应力模型;分析不同粒径海泡石矿粉颗粒在稀相气、固两相中的受力状况,计算在特定工艺参数下颗粒各种受力变化,并分析其影响效果;基于COMSOL多相流分析软件,结合受力分析结论,采用双向耦合粒子追踪方法,对不同粒径的海泡石矿粉颗粒气力输送特性进行分析验证。结果表明:在特定工艺参数条件下,海泡石矿粉颗粒在水平圆管内的受力状况与颗粒粒径密切相关。

多因素耦合下机构运动精度可靠性仿真试验及寿命评估

针对影响平面机构运动精度因素较多且不能忽视的问题,将影响机构运动精度可靠性因素分为非累积性因素和累积性因素,提出了非累积性因素和累积性因素耦合作用下平面机构的运动精度可靠性仿真试验方法;根据可靠性仿真试验得出了累积性因素中机构允许的最大磨损量,利用Archard磨损模型分析铰链的磨损速率,然后基于最大允许磨损量和磨损速率建立了概率可靠性寿命评估模型和模糊可靠性寿命评估模型,根据该模型分别对机构进行寿命评估,并进行了对比。以曲柄滑块机构为例进行分析,得到了该机构不同铰链间隙下运动精度可靠度以及该机构的可靠性寿命,验证了方法的可行性。