基于Box—Behnken方法的GH4169铣削力试验研究

为优化GH4169高温合金铣削参数,采用Box-Behnken响应曲面法设计实验,建立了GH4169的切削力二阶响应曲面法模型。利用方差分析法,对预测模型和模型系数进行了显著性验证,对切削参数影响铣削力的线性项、交互项的显著性进行了比较,并分析了各切削参数的影响规律。试验结果表明：采用Box—Behnken响应曲面法所建立的铣削力预测模型回归显著,置信度高;预测模型中的交互项对铣削力有显著的影响。     

纤维方向和铣削参数对T300/5222A复合材料 层合板铣削表面质量的影响

采用涂层硬质合金刀具对T300/5222A碳纤维增强环氧树脂复合材料单向层合板和双向层合板进行铣削试验,研究了纤维方向以及铣削速度、每齿进给量和铣削宽度对铣削表面质量的影响。结果表明:随着纤维方向与工件进给方向角度的增大,单向层合板铣削表面的毛刺现象越来越严重,甚至出现崩边现象;随着铣削速度、铣削宽度和每齿进给量的增大,双向层合板铣削表面上突出的纤维以及因纤维拔出形成的凹坑增多,波峰与波谷的高度差也变大;二维表面粗糙度和三维表面粗糙度测量结果差异较大,采用三维表面粗糙度可以更准确地评价碳纤维复合材料铣削表面形貌;双向层合板三维表面粗糙度随铣削速度、每齿进给量和铣削宽度的增大而增大,其中铣削速度和每齿进给量的影响比较显著。     

带冠整体涡轮盘加工中成型电极进给轨迹搜索方法研究

带冠整体涡轮的加工是机械制造业的一项关键技术,而电火花加工(EDM)是带冠整体涡轮加工最有效的方法之一.本文论述了带冠整体涡轮的三维造型以及成型电极的设计原则;采用逆向思维的方法,重点对成型电极在带冠整体涡轮盘狭窄通道中无干涉进给轨迹最优化搜索方法进行了研究,得到了四轴联动轨迹搜索的结果.     

基于改进Z-MAP算法的球头铣刀加工表面形貌仿真与试验研究

基于时间步长法提出一种仿真球头铣刀加工表面形貌的改进Z-MAP算法。该算法在建立刀齿运动轨迹方程的基础上,使用随动矩形包围圈和角度累加法快速地获取工件上的瞬时被扫掠点,并引入牛顿迭代法求取这些点的高度坐标。无须对刀齿离散,不但突破传统Z-MAP算法中单位时间步长内刀齿离散段至多只能扫掠过一个工件离散点的限制,还可以获得更高的精度和效率。通过仿真分析进给行距、每齿进给量、刀具姿态和刀具进给起始相位差等参数对表面形貌及其表面粗糙度的影响规律,并选用航空铝合金7050进行了铣削加工试验验证,试验结果表明改进Z-MAP算法仿真结果与实际加工的一致性更高,对实际生产中加工参数的合理选择具有指导意义。     

约束面投影成型基底表面微织构特征对固化层分离力的影响

针对约束面投影成型工艺中固化层自基底分离过程中分离力过大而影响成型效率、可靠性的问题,提出采用微织构化PDMS膜作为约束基底以减小分离力的方法.采用双线性内聚本构模型对固化层自基底分离过程进行了数值模拟,探究了不同微织构形状(圆形、方形、三角形)、面积率、高度对黏附力的影响规律,结果表明,三角形微织构阵列更有利于减小黏附力;黏附力随织构面积率的增大而增大;不同微织构高度对黏附力的影响效果较小.利用硅基模具ICP刻蚀结合微模铸工艺制备了表面具有不同微织构形状及阵列间距的PDMS膜,并对不同基底微观织构条件下固化层自基底的分离力进行了试验研究,试验结果与数值计算结果吻合较好.在最佳织构特征条件(微织构形状为三角形、间距15μm、高度为10 μm)下,相对于光滑平膜,固化层从织构化基底表面的剥离力减小了约60％.     

织构化表面空化效应影响润滑性能的CFD分析

考虑织构化表面润滑介质流场的空化效应,建立具有不同截面微结构特征的有限元计算模型,利用Fluent14.0软件进行计算,研究表面织构几何形状及尺寸对流体润滑性能的影响。结果表明:考虑惯性项作用时,表面微织构会产生额外的承载力,而且随着速度提高,承载力会进一步增大;考虑空化效应时,承载能力增大近一个数量级,更符合文献中的试验结果;与三角形、矩形及椭圆织构截面相比,球缺截面的织构空化面积更小,更有利于提高承载;微结构深度和宽度尺寸影响摩擦和承载性能,研究表明,减小织构深度、增大织构宽度有利于改善润滑性能。     

基于多场耦合方法的厚截面复合材料固化过程的多目标优化

针对厚截面复合材料固化过程温度峰值过大所引起的材料力学性能降低及残余应力过大等问题,建立了基于多场耦合方法的复合材料固化过程多目标优化模型,用以降低固化温度峰值和缩短固化时间。首先建立包含热化学子模型、树脂黏度子模型和流动压实子模型的固化温度多场耦合模型,用以准确描述固化过程复合材料内部温度及构件厚度的演化规律。通过与文献中已有实验结果比较,证明所建立的多场耦合模型的有效性。在该多场耦合模型基础上,引入径向基(RBF)神经网络作为代理模型,利用多目标优化方法,对固化工艺参数进行最佳组合匹配。研究表明,温度峰值与保温平台温度变化呈明显非线性关联,这与复合材料固化过程的非线性特性有很大关系。在保温温度层面,为了降低温度峰值,需要提高第一阶段的保温温度,降低第二阶段的保温温度,同时在保温平台的时间上进行调整,以缩短固化时长。相比较于原有固化工艺制度,本文提出的优化方法可以显著降低厚截面复合材料层合板的固化时长和温度峰值。      

陶瓷零件低温挤压自由成形工艺挤压过程及液相迁移

水基陶瓷膏体低温挤压自由成形过程中,液相迁移对挤压过程和成形件的性能有重要影响。将挤压过程分为压实阶段、过渡阶段及稳定挤压阶段,基于Benbow-Bridgwater模型推导出各阶段的挤压力方程。采用单因素试验法研究了挤出速度、间隔时间和挤出喷嘴直径对水基陶瓷膏体挤压过程中液相迁移的影响。试验结果表明,增大挤压速度,采用大直径挤出喷嘴,缩短间隔时间,均能有效减小挤压过程中的液相迁移,提高成形质量。     

球头铣刀余摆线加工表面形貌的建模与仿真研究

余摆线铣削因切削力小、表面质量和生产率高,而广泛应用于高速加工中。球头铣刀因适应性好,且姿态可灵活调整,而成为多轴加工复杂表面的常用刀具。然而,球头铣刀齿形复杂,余摆线铣削的运动轨迹方向不断变化,工件的材料去除和表面形貌的创成过程异常复杂,传统方法建模困难。提出一种球头铣刀余摆线加工表面形貌的数值仿真方法,根据齐次坐标矩阵变换原理建立刀齿的运动轨迹方程,通过改进Z-MAP算法完成了加工表面形貌的仿真。该算法通过建立刀齿微元的随动矩形包围圈和瞬时扫掠四边形,使用角度累加法快速地获取刀齿微元在单位时间步长内扫掠到的工件网格点,根据多元函数的泰勒公式,用线性插值的方法求出该网格点的高度坐标。仿真结果表明球头铣刀余摆线铣削的表面形貌整体上优于普通直线铣削。试验结果表明,在垂直和倾斜加工条件下,球头铣刀余摆线铣削获得的表面形貌与仿真结果具有较高的一致性,说明所提出的方法可以预测球头铣刀余摆线的加工表面形貌。     

超疏水微纳多级表面的可控制造及其俘能应用EI北大核心CSCD

超疏水表面在防污减阻、油水分离、生物医用等领域应用广泛,在摩擦发电蓝色能源收集领域展现出新的应用前景,但其大面积制造及结构形貌的精确调控仍充满挑战。提出光刻和模塑成形相结合的微纳多级表面的可控制造工艺,分别以光刻工艺制造的微米孔和V形孔阳极氧化铝纳米孔为微米尺度和纳米尺度模板,采用一步模塑成形工艺实现微纳多级表面的构建,并通过改变模板尺寸简易并精确调控微纳多级表面的形貌和结构尺寸。通过接触角测量仪分析发现,相比单级纳米表面和单级微米表面,构建的微纳多级表面疏水性能显著提升,并实现超疏水,静态接触角最高达158°,滚动角仅为2°。最后开展超疏水微纳多级表面在水能收集方面的应用研究,采用搭建的固-液摩擦纳米发电测试装置分析表面结构对摩擦电输出性能的影响。结果表明:相比平膜和单级微米表面,微纳多级表面由于摩擦面面积增加和疏水性能增强产生更加优异的电输出信号。当水流速度为8 mL/s时,微纳多级表面的输出电压峰值最高为46 V,短路电流峰值最高为6.3μA。提出了一步模塑成形工艺,实现了超疏水微纳多级表面的大面积、可调控制造,基于微纳多级表面构建的固-液摩擦纳米发电机有望应用于水能收集、自驱动传感等领域。