带环形凸台薄盘形件旋压成形规律研究

目的探明带环形凸台薄盘形件旋压成形工艺的可行性,揭示成形过程的特点、成形缺陷的类型和产生机制,以及工艺参数对成形极限的影响规律。方法基于ABAQUS\Explicit有限元模型,分析成形过程中的材料流动、应力分布、缺陷的产生机制和工艺参数对成形极限的影响规律。结果旋压成形过程分为内槽填充、轴向隆起和径向扩展3个阶段,应力场沿径向和周向呈梯度分布,坯料在径向扩展阶段由于受压失稳产生了凸台凹坑缺陷。成形极限随凸台增厚比、盘缘宽厚比和型槽倾角的增大而增大,随旋轮进给比f的增大,成形极限先增大后减小。结论总结了增厚旋压工艺的成形特征、缺陷演化机制以及工艺参数对成形极限的影响规律,为带环形凸台薄盘形件旋压成形工艺的设计和优化提供指导。

铝合金壳体精密成形回弹控制工艺优化

目的精确控制铝合金壳体成形回弹角度,对铝合金壳体成形工艺进行优化。方法针对影响回弹角度的多个成形工艺参数(保温成形温度、模具间隙、摩擦因数和压边力)进行单变量逐步优化研究。结果随着保温成形温度的升高,壳体回弹角度因流变应力的降低和校正力的升高而逐渐降低;随着模具间隙的增大,可变动模具的圆角半径增大,板材贴合模具程度降低,壳体回弹角度逐渐增大;随着摩擦因数的增大,板材加工的形状与模具更契合,成形后回弹的角度降低;随着压边力的增大,板材内/外表面间的应力差大大降低,回弹角度逐渐降低。结论通过多个参数的逐步优化,获得最终优化工艺参数如下:保温成形温度为310℃,摩擦因数为0.15,模具间隙为1.1 mm,压边力为12 kN,对应的回弹角度为7.027°。

激光熔化沉积钛合金-高熵合金梯度材料组织演变研究

目的研究钛合金-高熵合金梯度材料不同位置沉积层的微观组织形貌及力学性能演变规律。方法采用激光熔化沉积的工艺制备了钛合金-高熵合金梯度材料,并建立了有限元仿真模型来辅助分析。研究对象为TA15基板上单道多层的梯度沉积层,在设计梯度材料成分时,相邻梯度的材料比例变化量为10%(质量分数),TA15钛合金的质量分数由100%逐渐降低至0%,AlNbTiVZr的质量分数逐渐增大。基于实验对有限元模型进行了一定程度的简化处理,通过热物性参数计算软件和经验公式获取了梯度成分材料的热物性参数,进行了单层单道激光熔化沉积实验以完成热源校核,在与实验相同的工艺参数下计算了温度场并进行了分析。结果在一层一冷的冷却策略下,多层沉积仍存在一定的热累积现象,沉积15层后,沉积层中部的温度峰值基本保持在2489℃,根据循环曲线,沉积层中部的重熔范围超过1/2。结论随着高熵合金含量的增加,组织由细小等轴晶、胞状晶和柱状晶转变为多边形晶粒,V、Nb等β稳定元素的增加和Al等α稳定元素的减少抑制了组织中针状α相的形成,V、Nb等元素在晶界产生了明显偏析现象并逐渐增多,抑制了晶粒生长且增强了细晶强化作用,显微硬度随之增大。

3D打印陶瓷电路板的研究进展与未来展望

随着电子元件小型化、高集成度和高性能需求的迅猛增长,陶瓷电路板(CCB)因其优异的导热性、耐高温性及力学性能,成为替代传统印刷电路板的重要候选。然而,传统CCB制造流程存在工艺复杂、材料浪费与分辨率较低等问题,无法满足绿色高精密电路与快速原型设计的需求。3D打印技术凭借快速成型、高精度和复杂几何结构制造等优势,被引入CCB制造中,以克服传统方法的局限性,实现陶瓷基底和导电图案的高效制备。本文综述了3D打印CCB的研究进展,同时根据3D打印技术制作部分的不同分为陶瓷基底、导电图案与一体化3D打印3个部分。分析了各项技术在陶瓷基底、导电图案及一体化打印中的优势与不足,最后讨论了目前3D打印技术在CCB制造中面临的问题。基于现有技术,提出了未来发展方向,包括新型材料开发、优势技术集成和智能制造优化。随着多材料打印、混合制造技术的不断成熟,3D打印有望在高性能CCB的批量制造和设计创新方面实现新的突破,为新一代电子器件的研发提供有力支持。

冲头刃口形状对冲裁的影响研究

目的研究不同冲头刃口形状对冲裁变形过程和冲头磨损情况的影响。方法采用有限元方法和实验分析了相同工况下平冲头、台阶状冲头和屋顶状冲头对坯料冲断行为的影响,以及不同刃口形状的冲头在冲裁后的磨损情况。结果冲头结构的改变使冲裁过程发生了变化,影响了冲裁时坯料内部的应力–应变分布、峰值冲裁力、裂纹扩展速度、弹性应变能和冲头单次磨损深度。屋顶状冲头在冲裁时峰值冲裁力最低,较平冲头与台阶状冲头的峰值冲裁力分别降低了15%、10%,坯料最早起裂,也最快完成断裂,坯料的高应力区域集中在凹模刃口,且该冲头冲裁时坯料内储存的弹性应变能最多,冲头工作区的单次磨损深度最小,较平冲头与台阶状冲头的单次磨损深度分别降低了84%、80%。结论屋顶状冲头使坯料在断裂前发生了更大的拉伸变形,储存了更多的弹性应变能,坯料在拉伸状态下发生了剪切变形,冲裁力更小,高应力分布的改变降低了冲裁时坯料对冲头侧面的压力,冲断后的坯料发生弹性恢复,可防止冲头回程时坯料抱紧冲头造成的二次磨损。

基于位错密度的钛合金电辅助压缩仿真与实验验证

目的 以新型高强韧Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al(Ti6554)近β钛合金为对象,探讨脉冲电流对材料变形行为和温度变化的影响规律,揭示Ti6554钛合金在不同电流密度下的位错密度演化规律。方法 对材料进行不同电流密度、占空比、应变速率条件下的电辅助压缩实验,建立考虑位错密度的修正电塑性本构模型,基于ABAQUS进行UMAT子程序开发,建立电-热-力三场耦合有限元模型,模拟Ti6554钛合金电辅助压缩变形过程,并进行实验验证。结果 随着电流密度和占空比增大流动应力减小,随着应变速率增大流动应力也增大;电辅助压缩实验结果与模拟结果相比的平均误差为6.31%,验证了模型的有效性;通过子程序状态变量输出位错密度的变化发现,电流密度为15.92、23.88、27.87、31.88、39.81 A/mm^(2)的位错密度分别下降了15.34%、55.63%、68.23%、83.84%、89.13%,表明位错密度随电流密度的增大而降低。结论 建立了基于位错密度的电塑性本构模型和电-热-力多场耦合的有限元模型,能够模拟Ti6554钛合金的电压缩变形行为,并且表征了位错增殖、位错湮灭及动态回复,获得了其位错密度的演化规律。

3D打印形状记忆智能剪纸结构

目的探究不同切口及不同打印角度形状记忆剪纸结构的拉伸力学性能及形状记忆恢复性能,获得具有较好变形能力和形状记忆恢复能力的智能化剪纸结构。方法使用FDM打印不同角度的剪纸结构样件,并利用激光切割机获得具有方形切口和圆形切口的样件。对打印角度为0°/90°、±45°的方形切口和圆形切口样件进行常温拉伸实验。为探究温度的影响,进行高温缓慢拉伸实验和高温快速拉伸实验;对比方形切口件和圆形切口件在不同初始应变下的形状记忆恢复能力。结果在常温下,打印角度为0°/90°的方形切口样件的拉伸距离为1.75mm,圆形切口样件的拉伸距离为2.50mm;±45°打印角度的方形切口样件的拉伸距离为3.25mm,圆形切口样件的拉伸距离为3.00mm。在高温下,材料进入高弹态,2种切口样件在200%拉伸应变下均未断裂;提高拉伸速率后,方形切口样件的拉伸应变为243.8%,圆形切口样件的拉伸应变为337.5%。结论将打印角度从0°/90°改为±45°后,方形切口和圆形切口剪纸结构的变形能力均增强。相比于方形切口,圆形切口剪纸结构具有更好的变形能力。高温下剪纸结构的变形能力大大增强;圆形切口剪纸结构样件的形状记忆恢复能力强于方形切口样件的。

2 000 MPa级热成形钢双光斑激光 焊接接头成形研究

目的探究焊接参数对PHS2000型热成形钢焊接接头宏观形貌的影响,利用双光斑激光焊接工艺减少焊接缺陷,得到形貌良好的焊接接头。方法使用德国通快公司的TruDisk 5000型双光斑激光器对2000 MPa级热成形钢进行激光焊接。使用金相显微镜对不同参数下焊接接头正面和背面的宏观形貌及焊缝横截面的熔深和熔宽进行研究。结果随着激光功率从3500 W增大到4400 W,焊接接头成形良好,熔深大体呈增大趋势,深宽比先下降后上升再下降;随着焊接速度从50 mm/min增大到250 mm/min,熔深、熔宽基本降低,深宽比总体呈下降趋势;随着芯环比的提高,焊缝背面成形变差,熔深在芯环比为55%~65%时较理想,深宽比总体呈W形上升;当离焦量为0 mm时,焊缝背部出现了较为严重的烧损变色,并且在焊缝两侧产生了飞溅。而随着离焦量降低到−4 mm,烧损变色情况得到改善。结论激光功率和芯环比对焊接接头成形的影响较为显著。得到了成形良好的焊接接头,且在激光功率为4700 W、焊接速度为150 mm/min、芯环比为65%、离焦量为−2 mm的焊接参数下,1.4 mm厚2000 MPa级热成形钢双光斑激光焊接接头的成形效果最佳。

基于电磁检测的火车车轮残余应力定量预测

目的为了突破火车车轮残余应力有损测试的局限性、实现车轮残余应力的准确定量预测,研究电磁参量特征值的遴选过程并建立相关模型。方法对比分析单一电磁参量(磁巴克豪森噪声或增量磁导率)和电磁参量融合(磁巴克豪森噪声和增量磁导率)的检测方法,通过逐步回归对电磁参量的特征值进行遴选,利用多元线性回归方法构建残余应力的定量预测模型。结果基于单一电磁参量建立的应力预测模型,其残余应力预测值与实际值的偏差超过±15 MPa的允差范围;基于电磁参量融合建立的应力预测模型,其残余应力预测值与实际值的偏差均在±15 MPa的允差范围之内。结论采用电磁融合方法建立的多元线性模型,可以有效提高模型精度、实现火车车轮残余应力的定量预测。

某型号汽车波纹管液压胀形工艺参数优化研究

目的探究波纹管液压胀形成形技术及液压成形过程,优化波纹管成形效果和减薄率。方法基于正交试验方案,利用有限元技术对成形过程进行数值模拟分析,研究成形内压、轴向进给路径以及保压力对成形效果和减薄率的影响。结果综合考虑成形高度、减薄率2个指标,得到的较优工艺参数为成形内压为2 MPa,保压力为1.25 MPa,轴向进给路径为在前0.1 s进给5 mm、后0.9 s匀速进给至模具闭合,此时成形高度为12.01 mm,减薄率为9.9%。结论通过正交试验设计分析,轴向进给路径既是成形高度的显著性影响因素,又是减薄率的显著性影响因素;同时,单独优化一个指标(成形高度、减薄率)时,另一个指标性能会下降,根据正交试验优化结果选取最优参数组合进行模拟验证,得到的试验结果其综合成形质量较高。

氢化脱氢法制备Nb-Si基超高温合金粉末的研究

目的为了获得低成本、短流程制备的增材制造用Nb-Si基超高温合金粉末,采用氢化脱氢法制备了Nb-16Si-24Ti-2Hf-2Cr-0.3Sc(原子数分数)合金粉末。方法利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、激光粒度分析仪及氧氮氢分析仪等对不同氢化脱氢工艺参数条件下所制备粉末的形貌、相组成、粒度、氢氧含量进行了表征。结果正交实验结果表明,氢化时间、氢化压力和氢化温度3个参数中,氢化温度对吸氢、吸氧量的影响最大;在粉末破碎效果差异不大的前提下,氢化温度200℃、氢化压力3 MPa、氢化时间1.5 h时,粉末中氧含量最小,氢化组织为Nb固溶体相Nb_(SS)、NbH_(x)相、Nb_(5)Si_(3)相及Nb_(2)O_(5)相。在600、700、800℃条件下分别对氢化粉末真空脱氢2 h后,粉末中均无残存的NbH_(x)相,其中,700℃/2 h的脱氢条件下Nb-Si基合金粉末氧含量最低。结论经过200℃/3 MPa/1.5 h氢化和700℃/2 h真空脱氢后制备的Nb-Si基合金粉末具有较低的氢氧含量,粉末形貌为等轴状,该粉末已用于激光熔覆增材技术,成功制备出Nb-Si基合金块体材料。

微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织与力学性能的影响

目的研究微量B元素对铸造Ti_(2)AlNb合金组织和力学性能的影响,优选出适合铸造工艺的Ti_(2)AlNb合金成分,为推进铸造Ti_(2)AlNb合金的应用提供理论和数据支撑。方法以Ti-22Al-25Nb(原子数分数,下同)、Ti-22Al-24Nb-0.1B、Ti-22Al-24Nb-0.2B合金为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜研究不同B含量合金铸态、热等静压态的宏、微观组织及析出相形态。采用XRD分析合金的物相组成,室温拉伸性能测试评价力学性能,通过扫描电镜观察拉伸断口,分析微量B元素对力学性能产生影响的原因。结果添加微量B元素可以明显细化Ti-22Al-25Nb合金的晶粒尺寸,随着B元素原子数分数增加至0.2%,晶粒尺寸由958μm减小至548μm。B元素在合金中主要以固溶态、TiB和TiB2针片状析出相形式存在,随着B含量的增加,硼化物长度和厚度尺寸略微增加、体积分数由0.3%增加至0.8%。0.1B合金的室温屈服强度、抗拉强度和伸长率与原合金水平相当,0.2B合金的屈服强度提升,但其抗拉强度和伸长率均降低。断口分析显示,0.2B合金塑性降低是硼化物增多、集中分布引起脆性断裂所致。结论综合B元素对流动性的改善效果,优选出适合铸造工艺的合金成分为Ti-22Al-24Nb-0.1B。

车用千斤顶上支成形有限元分析及工艺优化

目的解决千斤顶上支外缘不规则曲面混合翻边成形过程中容易出现的破裂等缺陷问题。方法基于Dynaform软件对千斤顶上支进行冲压仿真模拟,分析凸凹模圆角半径、凸凹模间隙、压边力对千斤顶上支成形的影响规律,并结合成形极限图、厚度变化云图等,采用控制变量法、正交实验对其工艺和参数进行优化。结果经有限元分析和正交优化的千斤顶外缘曲面翻边工艺如下:凸模圆角为过渡圆角结构,其齿顶大圆角和边缘小圆角半径分别为3.5 mm和0.7 mm,凹模圆角半径为3.5 mm,凸凹模间隙为2.8 mm,压边力为50000 N。结论采用最佳工艺方案可生产出合格制件,实际成形件的减薄情况与模拟结果基本一致,所得成形工艺参数对制件的影响规律可为研究不规则曲面混合翻边成形提供一定的参考。

锻后身管壁厚方向力学性能变化实验研究

目的针对传统身管材料30SiMn2MoVA,研究精锻工艺和热处理工艺对身管壁厚方向力学性能的影响。方法采用线切割方式沿身管内表层、中间层和外表层分层取样,通过拉伸实验和胀形实验,分别获取身管材料经精锻成形工艺后壁厚方向纵向力学性能和横向力学性能的变化规律,同时获得残余应力对锻后身管壁厚方向力学性能的影响。结果身管毛坯壁厚方向各层材料力学性能基本相同,精锻后内表层材料强度性能明显高于中间层和外表层,外表层和中间层伸长率要高于内表层;去应力后,身管材料强度性能和伸长率基本得到恢复,但横向伸长率恢复不明显。结论精锻工艺对身管材料内表层的强度性能提升最大,同时塑性消耗也最大,锻后热处理工艺能使身管强度性能得到恢复,提高身管材料的纵向伸长率。

可调压力激光焊接工艺地面模拟装置的研制

目的针对普通激光焊接实验装置无法用于非常压极端环境下激光焊接工艺的难点,研发设计一种可用于模拟环境压力变化的激光焊接地面模拟装置,使得在地面上模拟深海高压环境激光焊接和太空负压环境激光空间制造过程成为可能。方法针对非常压极端环境下激光焊接实验成本高以及危险性大等问题,并综合考虑高压力、低真空,以及水下高盐度、低温度和微生物等环境特点,对模拟装置的压力调节集成系统、激光入射孔以及可移动运动平台3个主要方面进行设计。自主设计研发一套具备从负压到高压压力范围可调的激光焊接地面模拟装置,并对模拟装置进行实验和性能验证。结果研制装置压力测试的结果表明,该装置能够开展5.2 Pa(真空环境)至13.13 MPa(深海环境)压力范围条件下的激光焊接实验,为深海高压激光焊接过程以及空间负压激光制造过程提供实验基础。基于该模拟装置进行了不同压力环境下的激光焊接实验,结果表明,大气环境中随着压力的增大,焊缝熔深逐渐增大,而熔宽呈减小趋势;水下环境中随着焊接速度的增大,焊缝熔深和熔宽均逐渐减小。结论实验结果与现有研究结果相近,可调压力激光焊接地面模拟装置的可行性和有效性得到了验证。该装置能够为未来深海高压和外太空负压激光焊接实验进一步研究提供设备支撑,具有良好的应用前景。

WC颗粒增强金属基复合耐磨材料制备工艺与性能研究

与传统单一的材料相比,增强金属基复合材料(MMCs)的力学、物理和机械加工性能具有许多优点和更加优异的性能,在各种工程领域中应用广泛。首先从制备工艺开始,介绍了目前发展较为迅速的冷喷涂技术、激光熔覆、等离子堆焊及电弧堆焊等工艺发展。在此基础上着重论述了微米WC颗粒添加及纳米WC颗粒添加金属基耐磨材料性能的研究,论述了提高微米WC颗粒增强金属基复合耐磨材料耐磨性的途径,通过增加基体组织韧性,增加WC颗粒包裹、支撑,减少裂纹产生。进而介绍了纳米WC颗粒改变凝固形式,细化复合材料晶粒从而提高性能,并指出了纳米WC颗粒烧损是制约其发展的重要原因。最后,对该方向研究进展进行了总结,并对其发展前景和主要发展方向进行了展望。

线性摩擦焊机振动装置中双凸轮机构设计与分析

目的针对现有机械式线性摩擦焊机振动频率较低、工作效率不高和稳定性不佳等问题,通过改进目前振动装置中使用的机构来获取更高的振动频率和稳定性。方法分析焊机现在使用曲柄连杆和机构的优缺点,对比选择采用凸轮机构,并提出增加凸轮的组数来获取更高的振动频率,并以双凸轮机构为例,通过自行设计凸轮结构并进行运动学分析,来验证增设凸轮组数的可行性。结果采用双凸轮机构的线性摩擦焊接设备,机构旋转一次,焊件往返两次,效率能够提升2倍,且机构运动全程过渡自然、无死点和惯性力产生,具有较好的稳定性。相较于现有振动装置上使用的机构,双凸轮机构在振动频率上提升了2倍,证明了增设凸轮组数可以获得更高的振动频率。

基于单向拉伸的glare板力学性能测试

目的研究使用新方法制造小型大曲率glare板零件的可能性。方法通过使用传统的模具来充液成形/普通拉深成形含有半固化玻璃纤维预浸料的glare板,成形后再进行固化。在室温下,使用单向拉伸方法分别对金属、含半固化玻璃纤维预浸料的glare板和固化之后的glare板进行力学性能测试。结果含半固化玻璃纤维预浸料的glare板主要失效形式为金属板断裂,固化之后的glare板的主要失效形式为玻璃纤维断裂;含半固化玻璃纤维预浸料的glare板有着和金属相近的断后伸长率,具有较好的塑性,固化之后的glare板的断后伸长率远小于金属的断后伸长率,塑性极差。结论通过使用传统的模具来充液成形/普通拉深成形含有半固化玻璃纤维预浸料的glare板,成形后再固化的方法来制造小型大曲率glare板零件是有可能的。