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[硕士论文] 张雷
化学工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:化学机械抛光(CMP)是目前最普遍的表面加工技术,是公认的唯一可以实现全局平坦化的抛光方法。磨料作为CMP中的重要组成部分,直接影响抛光工件加工后的表面质量。本文以水玻璃为原料,采用离子交换法制备了大粒径硅溶胶,并在此基础上,通过化学沉淀法,对纯硅溶胶进行铈锆、铈钙改性,制备抛光用CeO2/ZrO2/硅溶胶复合磨料及CeO2/Ca(OH)2/硅溶胶复合磨料。对各产品生产过程的设备选型、经济效益、环保安全方面进行合理的分析。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)-能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对样品的组成、形貌等进行表征。以所制备的复合磨料对蓝宝石晶片进行抛光,利用原子力显微镜(AFM)检测抛光后的蓝宝石晶片表面粗糙度。主要结果如下:
  (1)实验确定最佳母液制备条件为:水玻璃浓度5%水玻璃通过树脂床流量16.4mL/min,陈化时间2h,陈化温度20℃;最佳硅溶胶制备条件为:反应温度98℃,搅拌速度300r/min,活性硅酸滴加速度为4.2mL/min,活性硅酸浓度为4%,添加量与母液质量比为7∶1,反应中pH范围9-10。经过五次粒径增长,其粒径达到100nm-120nm左右,硅溶胶中SiO2粒子基本为球形,浓度可以达到30%,Na2O含量约为0.06%,pH值为9-10,密度为1.20g/mL。以所制备的硅溶胶对蓝宝石晶片进行抛光,材料去除速率为18.4nm/min,表面粗糙度为1.59nm。
  (2)实验确定最佳铈锆、铈钙掺杂量为:铈掺杂量为1.5wt%,锆掺杂量为1.0wt%,钙掺杂量为2.0wt%。所制备的两种复合磨料粒径均约为100-120nm,复合磨料中SiO2粒子基本为球形,浓度为10%左右,粒径分布较均匀。用所制备的铈锆掺杂硅溶胶抛光液对蓝宝石晶片进行抛光,材料去除速率为36.1nm/min,表面粗糙度为0.512nm;用所制备的铈钙掺杂硅溶胶抛光液对蓝宝石晶片进行抛光,材料去除速率为27.9nm/min,表面粗糙度为0.356nm。所制备的改性硅溶胶复合磨料表现出较好的抛光性能,铈锆掺杂硅溶胶在提高抛光的材料去除速率上显得尤为突出,而铈钙掺杂硅溶胶在改善蓝宝石表面粗糙度上表现出良好的效果。
  (3)经济效益估算结果表明,由水玻璃制备的三种产品(硅溶胶、铈锆掺杂硅溶胶、铈钙掺杂硅溶胶),可以获得一定的经济效益。环保评估结果表明,该生产过程可以做到基本无三废排放,是清洁生产工艺。
[硕士论文] 魏聪
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:塑料异型材作为一种环保的材料,其需求性越来越广泛,特别是在建筑等市场上得到很广泛的应用。作为生产异型材的挤出模具,对其生产力提出了很高的要求。目前国内的挤出模具发展虽然已经有了很大的进步,但是随着市场提出的更高要求,国内挤出模具与国外相比还是存在一些差距,主要体现在挤出模在速度和质量上还需要进一步的提升。针对挤出模生产异型材的高效性以及高质量性的要求,对挤出模的生产制造也有很大的关联。
  目前国内挤出模的设计虽然已经开始三维模型设计,但是经验设计仍占据很大的比例,缺乏理论经验的支撑,而且设计中重复性工作较多,难以满足设计的高效性,这就导致了模具设计周期冗长,不能保证型材的质量以及精密性。
  针对以上问题,本文在结合经验设计以及理论支撑的基础上,采用微点循分算法进行模头连接孔部分设计,采用智能直通水路算法和智能S形水路算法进行定型模冷却系统的加载,在真空吸附系统中,根据定型模位置的不同进行分类,采用重用库设计,直接进行分类加载。在板内含有固定结构部分采用比例算法进行参数化设计,随板块直接成型。
  实际试模生产需要高昂的成本,因此对于系统的优化,前期主要进行软件ANSYS Workbench仿真来反应问题,本文研究了型材在定型模内的冷却性问题,主要根据前期系统自动识别型腔设计的圆形截面水孔以及后期优化的异形水孔,通过对型材的温度场模拟,来观察型材的冷却情况,进而将反应的问题反馈给系统。该方法能够有效的减少试模的次数,对于型材质量的提升有很大的意义。
  本文根据市场的需求设计了定型模的数字化系统,能够满足模具设计中高效性的问题,同时提供友好的交互界面,供使用人员根据设计需求进行更改或添加相应的结构,力求更大范围的满足市场不同种类的模具设计。
[硕士论文] 黄俊
机械工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着技术水平、创新能力的提升,低碳环保、高端大气的家电产品越来越受到消费者的青睐,成为市场的主流。据市场调研发现,色彩是消费者选择高端家电产品时考虑的重要因素之一。为了获得色彩亮丽、外观时尚的家电产品,传统的方法是在塑料制品表面通过粘合剂粘合或直接喷漆,此方法工序复杂、成本高,粘合剂和油漆中的有毒气体极易挥发,造成空气污染,给消费者身体健康带来了危害;近年来,绿色环保成为消费者选择家电产品时关注的重要因素。双色技术的发展在产品的外观、性能和环保上有着很大的优势,市场前景广阔,是模具行业的一种前沿技术,得到了日趋广泛的应用。
  双色产品最早应用在汽车高端产品上,比如车灯及汽车天窗双色产品。由于双色产品的独特美观效果及其高端品质,颇受消费者青睐。但由于双色制品对产品设计、模具设计及注塑工艺要求高,导致家电市场上高端的双色产品并不多见,尤其是要求苛刻的白电产品,由于技术难度大,废品率高,更是鲜有应用。
  本论文在大量阅读国内外文献的基础上,对当前双色注塑模具技术的研究现状及发展前景进行了分析,论述了双色注塑技术的研究意义。在分析双色观察窗产品工艺性及材料的基础上,通过Moldflow MPI对产品成型压力、熔接痕位置及产品变形等进行了研究。对双色成型设备的选型进行了介绍,创新开发了大型双色模具的浇注系统、成型系统、顶出系统、温控系统、模架系统及镶块定位和排气设计,解决了双色模具冲料纹及封胶困难等技术难点,并成功应用在滚筒洗衣机的观察窗上。本文还分析研究了注塑成型工艺对双色产品的影响及如何通过调整熔体温度、保压压力、注射速度及模具温度解决双色产品的缺陷。论文研究成果对大型高光双色模具注塑成型工艺技术有一定的参考意义。
[硕士论文] 牛平平
机械工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:树脂砂轮片的应用非常广泛,例如超薄树脂砂轮片可用以切割钻石、宝石、精密陶瓷、LED基板、电子元器件引脚和电路板等,厚树脂砂轮片可用以切割马路线,大理石,花钢石等。树脂砂轮一般安装在电动、风动磨光机上使用,工作时线速度高,若砂轮片的质量不合格,工作时极易破碎,严重威胁工作人员的生命安全。国内外基本上用传统的检测方法,对砂轮片进行回转试验,用回转强度值来衡量其安全性能,这种检测结果不能代表整体砂轮片的强度。对树脂砂轮片质量检测的设备很少并且还不够成熟,检测方法受到局限性,基于以上背景,设计对树脂砂轮片进行质量检测的设备即新型树脂砂轮片检测仪,设计的新型树脂砂轮片检测仪对砂轮片的安全及质量检测具有重要的意义。
  新型树脂砂轮片检测仪通过三点侧向负荷加压的方式对高速旋转中的树脂砂轮片进行质量检测。设计的新型树脂砂轮片检测仪由六大模块组成分别为:机架模块、加压模块、支撑模块、转动模块、进给模块、控制模块。
  设计的新型树脂砂轮片检测仪共分五部分。第一部分:设计三维模型,对各个功能模块进行三维模型的设计,并对之进行力学分析,分析结果合理之后对各个零件进行装配组成各个模块的部装图,最后完整的建立起三维模型;第二部分:设计驱动系统和软件系统,根据此设备的相关要求合理设计驱动系统,包括进给驱动系统、以及伺服驱动系统和定位驱动系统。最后设计软件系统,选用STEP7进行软件编程,实现自动及手动功能。第三部分:静模态分析,对主轴及底座进行基于workbench的静模态分析,将零件导入workbench进行静态分析跟模态分析,分析出结果,并进行优化设计;第四部分:程序设计,整个系统基于PLC的程序设计,设计自动、手动控制程序,能有效对砂轮片进行检测控制;第五部分:实验结果验证分析,对实体设备的实验及其结果分析,选用其他厂家的检测设备同时进行比对,随机选取砂轮片并对之进行检测,建立实验数据表格,通过数据结果比对,验证本次设计检测仪的正确性及可行性。以上整个流程完整的设计了一台检测树脂砂轮片质量的设备。
  本课题研究旨在于融入现代设计手段,通过软件及硬件的设计相结合,运用成熟的三维制图软件、编程软件、结构分析软件设计出合理的检测仪。设计出的新型树脂砂轮片检测仪结构简单、自动化高、操作简便、测量结果准确,有效的实现了对树脂砂轮片的质量检测,能有效填补国内空白,并具有推广意义。同时新型树脂砂轮片检测仪的整个设计研发过程对其它设备研发也具有很好的参考价值。对于提高树脂砂轮片的质量及使用安全产生重要的影响。
[博士论文] 付洋
材料加工工程 华中科技大学 2017(学位年度)
摘要:智能化技术能够有效提高切削加工产品制造的质量和效率,是制造技术发展的新进展,也是《中国制造2025》指明的主攻方向。切削加工过程智能监测技术是实现切削加工过程自动化智能化的重要条件。刀具的振动和磨损直接关系着加工过程的可靠性和安全性,对产品的加工质量有着决定性的影响。刀具的振动状态监测和磨损状态监测是切削过程智能监测的重要研究内容。本文针对切削加工过程中这两种典型的状态监测问题进行研究,探讨智能化技术在切削状态监测问题中的应用。主要研究工作和成果如下:
  (1)提出了一种新的切削振动状态智能监测方法。在深入分析加速度信号与颤振现象的时频域关系的基础上,提出了颤振过程的能量聚集特征。基于此发现,提出了一种改进希尔伯特黄变换方法对切削振动信号进行表征。对提取的特征空间,采用高斯混合模型进行智能的无监督聚类建模分析。基于聚类边界,设计实现了振动状态阈值的自动计算。实验证明,与小波方法相比,本方法判定快(提前约74ms)、阈值自适应能力强,能有效保护工件免受振动损伤。复杂度分析证明本方法可以实现实时的在线检测。
  (2)提出了一种切削信号特征自动构造方法。针对振动状态监测建模中,特征提取理论匮乏、过程盲目、经验依赖性强等问题,提出了一种基于特征学习的切削信号特征自动构造方法。使用深度网络模型,采用特殊的学习算法,自动挖掘振动信号与振动状态之间的内在联系,实现了切削信号的特征自动分析与构造。所提取特征是在严格的数学推导下得到,是数学意义上的最佳表征。在基于自动特征的状态判定模型基础上,提出采用投票策略来稳定实时监测结果,避免信号的不确定性波动导致的预测结果的振荡。实验证明,基于自提取特征的检测方法,建模精度高(99.99%)、检测速度快(比传统小波方法提前86ms)、理论性强、操作简便、实时性好。
  (3)设计开发了一套刀具磨损在位检测装置及算法。针对目前刀具磨损测量装置体型大、需要拆卸刀具、影响加工质量等问题,设计了一套紧凑灵活的高质量光学测量平台。利用远心镜头改善磨损区成相质量。装置实现了在不改变机床结构、不干涉加工过程、无需拆卸刀具的前提下,对磨损区进行高质量的成相拍照。基于刀具磨损图像,设计了一种磨损值自动计算方法,实现了刀具后刀面磨损的在位自动测量。钛合金车削刀具磨损实验验证了测量平台和算法的有效性。
  (4)提出了一种新的互验式集成学习方法用于刀具磨损在线跟踪。针对目前刀具磨损间接预测模型监测精度低、适应性差等问题,提出了一种新的跟踪算法解决思路。算法通过耦合直接测量法和间接预测法,实现监测实时性和准确性之间的平衡。直接测量法提供高质量的目标样本以优化间接预测模型,间接预测法控制直接测量的频率。本文提出了一种新的互验式集成学习方法,通过多预测模型的互相检验,赋予间接预测模型自检验能力。当间接预测模型发现自身失效时,向切削系统提出直接测量请求,并以测量数据校正预测模型。实验证明,跟踪算法只使用少量的直接测量(22.2%)即可实现对切削过程准确(相关系数0.9920,平均误差3.6413um)长期有效的自适应跟踪监测。与传统纯拟合预测方法相比,本方法不受磨损问题随机性波动的影响,精度高、适应性强、实时性好。
  综上所述,本文针对切削过程的刀具振动监测问题,设计了基于机器学习理论的新算法,针对刀具磨损监测问题,设计了新的测量装置和新的监测算法,实现了对刀具振动和磨损的智能实时在线监测,检测精度和速度较现有方法有明显提升,能够有效保护工件,提高加工质量。
[博士论文] 周兰
机械制造及其自动化 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:螺旋铣制孔技术与工业机器人相结合,可实现干切削工况下的高效制孔,并且在提高加工质量、降低生产成本方面较传统钻削体现出显著优势。但是,航空难加工材料物化属性特殊、切削性能差,使提高螺旋铣制孔质量、避免出口缺陷与抑制刀具磨损变得极具挑战性。为此,本文基于螺旋铣运动学特征,设计了一种专用刀具分屑结构,对其切削过程力学理论进行深入分析,并针对钛合金(TC4-DT)、碳纤维增强复合材料(CFRP)及CFRP/Ti叠层材料,开展系统性试验研究。
  首先,介绍螺旋铣技术及其刀具研究现状,以航空难加工材料为背景,分析钻削过程产生的质量问题,指出螺旋铣制孔工艺的优势。基于螺旋铣运动学分析,构建运动学方程,对关键运动学矢量进行数学描述;应用MATLAB实现运动轨迹仿真分析,明确切削范围特点及其与自转/公转转速比(R1)、孔径/刀具直径比(R2)之间的关系。
  提出了螺旋铣制孔专用刀具设计方案。介绍分段式端刃、螺旋状侧刃和齿背冷却孔结构特征,重点阐述分段式端刃分屑结构、四齿同结构和两两对称同结构的仿真设计方案;以不同方案获得的未变形切屑和加工表面形貌的仿真结果为依据,实现专用刀具的端刃结构优化与数学描述;根据优化后的刃型及其关键点的运动轨迹特征,综合R1、R2对轨迹形貌的影响,进一步研究各参数对未变形切屑仿真结果的作用规律;通过不同参数下产生的切屑几何形貌、切削力和制孔质量,验证专用刀具的分屑作用。
  针对螺旋铣制孔专用刀具,构建了一个非线性切削力模型。通过建立用于描述切削量的坐标系,重点对不同刀齿在稳定加工阶段半自转周期内产生的切屑厚度、切削宽度进行数学描述与数值计算;采用平均力模型的方法,设计实施切削力系数标定试验,对该系数进行线性拟合与计算;最后通过设计开展TC4-DT螺旋铣制孔试验,实现对该切削力模型的验证,并深入分析不同加工参数下的切削力变化规律。
  基于螺旋铣制孔专用刀具,针对航空难加工材料(TC4-DT、CFRP及CFRP/Ti叠层材料)进行了系统性试验研究。通过对不同参数下的切屑几何特征、切削力变化趋势和制孔质量变化规律进行深入分析,实现了单层TC4-DT、CFRP板螺旋铣制孔过程的参数优化,进而阐述了刀具磨损特征及其对切削力和制孔质量的影响;重点研究CFRP/Ti叠层材料螺旋铣制孔精度,阐述了TC4-DT与CFRP平均孔径与圆度的变化规律,进一步验证了专用刀具的分屑优势。
  最后总结本文的主要研究内容、提炼创新点,并对未来的研究工作提出展望。
[博士论文] 季文彬
机械制造及其自动化 山东大学 2017(学位年度)
摘要:针对目前均质刀具材料硬度与强韧度的矛盾性,以及涂层刀具的涂层薄、涂层脱落无法重磨使用等问题,利用陶瓷物相的高硬度和高热化学稳定性等优势,以研制能适应难加工材料极端切削使役环境的复合刀具为目标,设计和制备了一种梯度功能金属陶瓷复合刀具。本文对梯度功能金属陶瓷复合刀具的物相组成、微观组织与性能分布、梯度形成机理、室温力学性能、摩擦磨损特性和切削性能进行了系统深入的研究。设计制备的梯度功能金属陶瓷复合刀具的力学性能和微观结构具有梯度分布状态,达到了表层硬度高和耐磨损性能良好、亚表层韧性高和界面结合强度高及整体综合力学性能优的特性。研制的新型梯度功能金属陶瓷刀片在车削不锈钢时展现出良好的切削性能,具有应用推广的价值。因此,本研究具有广泛的应用前景和重要的理论与实际意义。
  根据高速切削刀具的使役性能要求,提出了梯度功能金属陶瓷复合刀具材料的设计原则,设计了一种匹配性良好的梯度功能金属陶瓷材料组分体系,并制定了其一步烧结制备工艺方法。设计的梯度功能金属陶瓷刀具材料在烧结前仅具有表层与基体,在烧结过程中基于元素扩散驱动金属相重新分布机理形成了高韧性亚表层,在烧结后形成了由表层、亚表层和基体构成的梯度微观结构。制备的梯度功能金属陶瓷刀具的不同位置具有不同抗失效性能,即表层硬而耐磨损、亚表层韧而抗表层剥落、整体强而抗断裂。揭示了梯度功能金属陶瓷复合刀具材料梯度微观结构的形成机理,即元素扩散驱动金属相重新分布机理,建立了梯度功能金属陶瓷复合刀具材料梯度微观结构的演变机理模型。选择TiB2-TiC复合粉为表层组分,Ti(C,N)复合粉为基体组分,选择Ni为金属相,Mo为第二相,VC为表层添加相。采用真空热压烧结技术加后处理的工艺方法,成功制备了梯度功能金属陶瓷复合刀具材料。
  研究了表层特性、金属相含量和烧结工艺对梯度功能金属陶瓷复合刀具材料微观结构和力学性能的影响。结果表明,在本研究参数范围内,最优的表层VC含量为4wt%,在表层添加VC可以起到降低表层烧结温度,提高表层致密度,促进表层与基体的匹配性等作用。最佳的表层厚度为230μm左右,表层厚度主要影响表层中残余应力的大小,进而影响材料的抗弯强度,对硬度的影响不显著。优化了金属相,表层Ni含量及基体Ni/Co比和基体Ni含量。结果表明,Ni比Co更适合做为梯度功能金属陶瓷复合刀具材料的金属相。最佳的表层Ni含量为6wt%,最佳的基体Ni含量为12wt%。金属相含量对基体中Ti(C,N)晶粒的芯-壳结构有显著影响,最佳的芯壳面积比k在1.20-1.23左右。优化了梯度功能金属陶瓷刀具的烧结工艺。结果表明,梯度功能金属陶瓷刀具材料在升温速率为30℃/min,烧结温度为1500℃,保温时间为40min,烧结压力为32MPa的工艺条件下获得最佳的综合力学性能。最优刀具材料的抗弯强度为1520MPa,表层硬度为27.28GPa,基体硬度为21.63GPa,断裂韧度为7.04MPa·m1/2。
  研究了梯度功能金属陶瓷刀具材料的摩擦特性与磨损机理。与Ti(C,N)基金属陶瓷材料(TC)相比,研制的梯度功能金属陶瓷复合材料(GC)的摩擦系数较高,但磨损率较低,并且两者的主要磨损机理不同。通过与440C不锈钢球、Al2O3球、Si3N4球三种不同材料的摩擦磨损实验,研究了GC和TC的摩擦行为和耐磨性能。GC和TC与440C不锈钢球滑动摩擦时,摩擦系数与滑动速度没有明显的关系,但与Al2O3球和Si3N4球滑动摩擦时,摩擦系数明显受到滑动速度的影响。研究了GC的磨损率与滑动速度和载荷之间的关系,结果表明,不同摩擦材料之间的规律是不同的。摩擦磨损过程明显受到材料性能、晶体结构、实验条件等各种因素的影响。大多数滑动摩擦条件下,GC的耐磨性要明显高于TC。研究了梯度功能金属陶瓷GC在与不同材料摩擦时的磨损机理和耐磨性,结果表明,与440C不锈钢滑动摩擦时GC的主要磨损机理是粘结磨损,但粘结磨损量较TC少;与Al2O3或Si3N4滑动摩擦时GC的主要磨损机理是磨粒磨损,但磨痕轻微。综上所述,GC具有良好的耐磨损性能,更适合用作难加工材料的切削刀具。
  设计了一套坯体的干压成型模具,并利用光固化3D打印技术实现了模具的快速成型制造。使用该模具将梯度功能复合刀具坯体干压成型,然后将成型坯体热压烧结,成功制备了三种不同部位具有梯度结构的金属陶瓷复合刀片,分别是只前刀面为梯度结构的GC-A,只后刀面为梯度结构的GC-B和各刀面均为梯度结构的GC-C。研究了这三种梯度功能金属陶瓷复合刀片的切削性能,对刀片的切削性能进行了全面的评价。与商用Ti(C,N)金属陶瓷刀具CX50相比,采用相同切削用量切削不锈钢时GC-A的刀具寿命更长,加工质量更好且更稳定。在150m/min速度下切削17-4PH不锈钢时,GC-A的刀具寿命为89min,而在100m/min速度下车削321不锈钢时,GC-A的刀具寿命为21min。低速度车削17-4PH不锈钢时,GC-A刀具主要表现为后刀面磨损失效,主要磨损机理是磨粒磨损和沟槽磨损。高速度车削17-4PH不锈钢时,GC-A刀具主要表现为破损失效。低速度车削321不锈钢时,GC-A刀具的主要失效形式是刀具后刀面磨损失效;高速度车削时,刀具前刀而破损失效,后刀面有剥落。与GC-A刀片相比,在相同切削条件下切削17-4PH不锈钢时GC-B刀片的刀具寿命仅为35min且GC-B刀尖处会产生崩刃破损失效;GC-C刀片的刀具寿命为85min,与GC-A刀片的刀具寿命相当,刀片后刀面均匀磨损失效,但没有产生类似GC-A刀片明显的沟槽磨损。
[硕士论文] 许琼生
机械工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:传统树脂结合剂金刚石砂轮使用酚醛树脂与金刚石混合热压固化而成,该方法难以实现砂轮内部微细结构的设计,本文提出使用选区激光烧结SLS这种3D打印方法制备树脂结合剂金刚石砂轮,研究选区激光烧结树脂金刚石砂轮的结合剂配方、制备工艺、制备了不同内冷却流道微结构,研究了不同内冷却流道设计金刚石砂轮的磨削力特征、被加工材料表面及砂轮磨损机理。
  首先,研究了SLS选区激光烧结金刚石砂轮的配方设计、烧结工艺。实验表明, SLS烧结工艺参数为:激光功率25W,扫描速度2000mm/s,单层层厚0.1mm,未添加白刚玉填料结合剂SLS烧结温度171.5℃。添加白刚玉填料结合剂SLS烧结温度173.5℃。添加白刚玉粉末的砂轮节块抗弯强度降低,气孔率降低,硬度增大。
  采用SLS选区激光烧结树脂金刚石砂轮对玻璃、YG15硬质合金和氧化铝陶瓷这三种材料进行了磨削,结果表明:增大砂轮磨削深度,砂轮切向、法向磨削力都增大。增大砂轮的转速,砂轮切向、法向磨削力都下降。选区激光烧结3D打印制备砂轮的内冷却微流道可以降低金刚石砂轮磨削力。流道直径越大,砂轮切向、法向磨削力减小。流道数量越多,砂轮切向、法向磨削力减小。
  SLS选区激光烧结树脂(尼龙)结合剂金刚石砂轮经打印工艺优化、配方及内冷却流道设计,可以有效加工玻璃、YG15硬质合金,由于氧化铝陶瓷硬度较高,难以实现有效磨削。SLS选区激光烧结树脂金刚石砂轮加工YG15硬质合金时金刚石是以磨耗磨损及微破碎的形式磨损,同时也伴随尼龙结合剂热软化塑形流动。
[硕士论文] 边超
机械工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着我国汽车工业的快速发展,对汽车模具的使用频率以及质量要求显著提升,而当前我们所使用的模具材料并不能完全满足模具的需求,我们需要对模具的表面进行处理使他达到模具的性质要求,这其中最常用的方法就是电镀铬技术,但是目前国内的电镀铬技术有各种各样的问题:成本高、高污染、性质不稳定等。为此,本文开展的研究主要有:
  (1)介绍了模具的使用现状与模具材料的性质要求,并对表面处理技术的特点进行了介绍。
  (2)对各种电镀铬技术的发展现状与优劣性做了介绍,并详细介绍了六价铬电镀的工作原理。
  (3)通过研究电镀铬层的表面性质、厚度、硬度、耐磨性与电镀时间、电镀温度、电流密度、CrO3浓度的关系,分析出能镀出合格的电镀铬层的工艺参数。
  (4)对使用最佳工艺参数进行电镀铬的模具进行生产跟踪,检测模具表面多点的粗糙度与硬度,研究最佳工艺参数是否符合实际大批量生产。
  通过对电镀过程中各参数对电镀铬层的结果的影响,得到符合企业生产使用模具的最佳电镀铬参数,并对最佳参数进行实际生产跟踪,得到一个能够真正解决当前电镀过程中各项问题的参数。
[硕士论文] 刘爱萍
机械工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:车刀磨损状态实时检测,对及时发现磨损情况、保证车刀切削性能、确保成品零件的质量和精度、延长车刀寿命、提高生产率、降低成本均具有重要意义。YT14硬质合金外圆车刀是碳素钢与合金钢连续切削的常用刀具。在传统的车削加工过程中,车刀磨损状态只能依靠加工人员主观地通过切削声音、切削时间、切屑颜色来判断,这种判断方法主观性较强,判断结果不可靠。声发射检测可以摒除其他环境噪声的影响,只对所需检测的声发射信号的高频阶段有较好的选择性分析,实现对监控对象的在线检测;声发射检测直接从切削区采集,直接反应车刀的磨损状态,因此,在车刀磨损状态监控应用中越来越广泛。
  本文是在分析YT14硬质合金外圆车刀磨损状态、声发射检测原理及声发射车刀磨损状态检测技术研究现状的基础上,采集声发射检测信号,用小波分析对车刀磨损状态进行的研究。论文主要研究工作及结论包括:
  (1)依据声发射检测基本原理和车刀磨损状态的原理及特点,利用北京声华公司生产的SAEU2S声发射系统,构建了相应的软硬件平台,构建了车削过程车刀磨损状态发射在线检测系统;
  (2)以可转位YT14硬质合金外圆车刀作为研究对象,利用由SAUE2S声发射仪所构建的车刀磨损状态在线检测系统,对车削过程中不同磨损程度车刀的声发射信号进行了检测和信号采集,并对所采集的声发射信号进行了分析;
  (3)根据正交实验结果,研究了主轴转速、进给速度、切削深度这三个要素在车削加工时对声发射信号的影响,分析处理后得出结论:主轴转速对声发射信号的均方根值影响最明显,其次是进给速度,切削深度影响较小;
  (4)根据MATLAB基于小波对高频信号能够进行细分分析的特点,通过编写相关程序,采用多分辨率小波分解对声发射信号进行了去噪处理,提取了能够显著反映车刀磨损状态的频率特征,从而对车刀磨损状态作出正确的判断。
[硕士论文] 王超超
机械工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:陶瓷结合剂精密金刚石砂轮具有磨削效率高、磨削力小、自锐性强、易修整、等特点。它广泛应用于脆硬材料的精密磨削。陶瓷结合剂金刚石砂轮的孔隙率对砂轮的性能影响很大,传统造孔剂造出的气孔孔径和孔隙率可控性差。本课题提出了一种基于空心Al2O3微球造孔剂的陶瓷结合剂精密金刚石砂轮的研究。
  首先采用超声搅拌方法对金刚石微粉进行分散,然后通过高能球磨机对陶瓷结合剂进行球磨细化,并且研究了结合剂的质量分数、烧制工艺、辅助磨料和空心Al2O3微球的质量分数和粒径等对陶瓷结合剂精密金刚石砂轮性能的影响。采用正交试验法优化砂轮制备工艺的参数,用于制备陶瓷结合剂精密金刚石砂轮,并研究了砂轮的修整工艺,对磨削性能做了初步的检测,得到以下主要结论:
  超声搅拌时间从0min增加到7min,团聚的金刚石微粉的粒径逐渐减小,在7min时,金刚石中位粒径(d50)为0.97μm;球磨时间从0h增加到48h,陶瓷结合剂的中位粒径(d50)从14.63μm减小到1.01μm。结合剂质量分数从21wt%增加到36wt%时,砂轮试样的总气孔率先减小,在36wt%取到极小值30 vol%,后结合剂增加,总气孔率升高;抗弯强度和硬度则先升高,在36wt%取到极大值:分别为61.6MPa和102.8HRF,后结合剂增加抗弯强度和硬度降低。烧结温度对砂轮试样的总气孔率影响不大。烧结温度由610℃升高到730℃时,砂轮试样的抗弯强度和硬度先增加,在670℃取到极大值69.3MPa和96,后温度再升高,抗弯强度和硬度下降。烧结时间从0h增加到2.5h,砂轮试样的总气孔率逐渐升高,在2.5h时达到极大值45.5 vol%;抗弯强度和硬度则是先增加,在1h时达到最大值:分别为69.8MPa和98,烧结时间继续增加,抗弯强度和硬度下降。碳化硅辅助磨料的粒度对砂轮试样的抗弯强度和硬度影响不大。碳化硅辅助磨料质量分数从12wt%增加到60wt%,砂轮试样的抗弯强度和硬度先上升后下降,在36wt%取到极大值:分别为79.8MPa和96.4。
  砂轮试样的总气孔率随着空心Al2O3微球含量的增加而上升,与空心Al2O3微球粒径无关。当空心Al2O3微球的质量分数从3wt%增加到12wt%时,含平均粒径粒径为0.2mm、0.4mm、0.6mm的空心Al2O3微球的砂轮试样的总气孔率均升高,在12wt%出现最大值;抗弯强度和硬度则出现最小值。空心Al2O3微球粒径越大,砂轮试样的抗弯强度和硬度越大,总气孔率越低。
  对陶瓷结合剂精密金刚石砂轮制备工艺进一步改进和优化,制备出空心Al2O3微球造孔剂的陶瓷结合剂精密金刚石(w1)砂轮,并用于石英玻璃的磨削加工。磨削前后石英玻璃的表面粗糙度分别为0.5113μm,0.0206μm。磨削结果表明,本研究所设计的陶瓷结合剂精密金刚石砂轮可对石英玻璃实现有效的加工。
[硕士论文] 许稚委
航空工程 南昌航空大学 2017(学位年度)
摘要:随着国家航空工业在设计理念上的不断提升,铝合金飞机结构件在各种飞机结构上得到越来越广泛的应用,但由于飞机结构件壁薄、刚性差、加工变形难以控制等特点,使飞机结构件的加工精度和表面质量往往达不到要求,多年来,这一突出问题始终制约着国家航空工业的发展。目前,“智能制造”开始成为航空制造业发展的重要方向,智能夹具作为智能制造的重要一环逐渐开始受到关注。因此,在智能夹具环境下开展飞机结构件的加工变形预测、控制具有重要的战略意义,本文采用有限元数值模拟技术对这一问题进行了深入的研究。
  首先,本文以7050-T7451作为航空铝合金材料,分析研究了材料本构关系、切屑与工件分离准则、有限元网格模型等切削加工仿真的关键技术,并建立了完整的三维铣削加工仿真有限元模型,基于该模型得到了铣削力数值及其变化规律,加工区域的应力应变分布。并通过专业切削软件AdvantEdge对仿真得到的铣削力进行了验证。
  其次,运用分层优化设计方法对智能夹具自适应夹紧力进行了研究。以加工变形最小化和工件变形均匀化为目标函数,结合有限元方法和遗传算法对夹具布局和夹紧力进行了同步优化。然后,对自适应夹紧力研究提出了“拟动态分析”的化简方法,并基于优化后的夹具布局和自适应夹紧力优化设计模型,得到了加工路径上的一组自适应夹紧力曲线。经过实例分析,这种研究方法是有效的。
  最后,在对飞机结构件精加工过程仿真的基础上,分别预测了恒定夹紧力和自适应夹紧力作用下工件的变形情况,结果表明自适应夹紧力对加工变形起到了一定的控制作用。
[硕士论文] 王仁伟
机械制造及其自动化 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:钛合金TC4因其优良性能被广泛应用于航空航天工业中,但是其典型的难加工性质使得其在切削加工过程中刀具磨损严重、加工成本高、零件质量难控制、加工效率低。刀具磨损问题在一定程度上阻碍了钛合金的发展,所以钛合金切削加工性能的研究一直是人们的研究重点,且在刀具的磨损形式、磨损机理、磨损形貌等方面进行了大量的研究。而切槽车刀因为工作环境封闭,使得刀具排屑困难和热量难于散发,切削温度和刀具磨损更为突出。但目前针对切槽车刀的研究较少,因此本文针对切槽车刀的磨损问题展开研究。
  本文针对钛合金 TC4材料环槽车削加工过程中硬质合金刀具的磨损问题展开研究,因切削加工过程是一个高度非线性的动态的过程,而传统试验方法难于针对切削过程中刀具温度、刀具受力、刀具磨损等信息进行实时的捕捉和观察。而数值模拟技术因其在动态过程中独有的优势成为针对切削加工研究的一种有效方法。所以本文应用数值模拟手段针对刀具温度、切削力、刀具磨损等指标展开研究。
  通过研究得到刀具磨损情况随着工艺参数及刀具几何参数的变化规律,并应用切削工艺参数优化和前刀面微织构结构的设计两种措施对加工中刀具磨损严重的问题进行改善。结果表明:刀具温度和磨损速率预测模型具有良好的预测效果,且运用优化算法优化的工艺参数能有效降低刀具温度及刀具磨损速率。通过对无织构(normal)、微凸体(convex body)、微沟槽(groove)、微坑(pit)四种织构形式的硬质合金切槽车刀车削加工钛合金环槽过程进行分析,得到前刀面织构结构设计能够有效降低刀具前刀面最高温度、改善前刀面磨损、降低切削力、降低功率消耗,其中以微沟槽(groove)织构形式效果最为优良。其结果可为刀具设计和工艺参数优化提供参考。
[硕士论文] 刘新金
光学工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:金属的表面处理技术作为一种融合了多个行业和多个学科的技术门类,其涉及到的内容较广,工艺方法较多,知识涵盖面较宽。常见的金属表面处理技术包括:表面改性技术,表面镀层技术,热喷涂技术,气相沉积技术以及高能束表面处理等。而激光毛化技术作为一种新型的表面处理微加工技术,通过对金属材料表面的改形改性,从而对材料表面的摩擦磨损现象起到良好的改善作用。基于激光毛化加工的这种良好效果,展开与激光毛化技术相关的基础理论与实验研究,将其应用到不同种类、不同需求的工作表面上,具有十分重要的意义。围绕激光毛化形貌的成形机理和工艺实验研究,国内外研究学者做了大量的工作,从机理解释、模拟仿真再到实验研究,均获得一系列研究成果,通过实验所获得的毛化形貌种类丰富多样,但是,针对毛化技术领域的研究仍然存在诸多问题。本文主要针对毛化形貌类型的判定标准和表征方法、如何实现毛化形貌的工艺可控性等关键问题,通过理论分析和工艺实验相结合的方法,对毛化形貌的成形机理进行阐述,建立一种表征和判定毛化点的方法,并通过特种工艺方法来尽可能地实现毛化点形貌与大小的可控性。综上所述,本文主要的研究工作如下。
  一、根据激光和物质相互作用的机理,对毛化形貌的成形过程进行了详细的分析、阐释,包括毛化形貌形成的物理过程变化、熔池的形成过程分析、气化现象对熔池的影响,以及熔池内部的热传导过程和温度场的分析等。
  二、利用SPI型光纤激光加工设备,采用单因素分析法,通过控制不同工艺参量在Cr12mov模具钢试样上进行了系统的激光毛化工艺实验,对不同实验参数下加工出的毛化形貌进行检测,进行对比分析,总结了不同实验参数下毛化形貌的演变规律;并根据实验中所获得的毛化点的外形特征,建立了一种毛化点几何尺寸的表征方法和形貌种类的判定标准;研究了不同激光功率、脉冲宽度、离焦量对毛化形貌几何大小的影响规律,并对形貌形成的过程进行了分析。
  三、为尽可能改善毛化形貌,获得较好的毛化点质量,进而实现可控性要求,采用辅助气体、表面涂层以及水环境等不同的特种工艺方法,来探究对毛化点的影响规律。结果发现采用辅助气体为氮气时,在合适的气体压力下,所得到的毛化形貌更加均匀、规整;当表面涂层采用黑漆涂料时,毛化形貌的规律性更强,更易实现可控性。
  四、利用金相显微镜对毛化形貌区域的金相组织和显微硬度进行了检测,并与基体材料进行对比分析。结果发现,毛化区域材料的金相组织形态全部为马氏体组织,更加致密,毛化点位置的显微硬度整体上比基体要高出30%~45%。
[硕士论文] 吴昊
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:如今,从国际角度来看,制造业地位日益凸显,以智能制造为代表的科技变革,正在将全球制造业推倒重建,形成新的“工业互联网”世界,并成为国际竞争战略高地。在制造业都在向智能制造方向发展的同时,数控加工技术的智能化水平也得到迅速提高。在机械加工中,大部分的零件都是由切削加工生产得到的,刀具的使用是最直接最频繁的。实时准确获知刀具的磨损状态对提高加工产品精度和表面质量、实现个性化制造,提高机床智能化水平、提高系统误差补偿技术具有实际意义。本文的工作内容如下:
  1、研究了声发射信号的特点,确定了以声发射信号为监测信号的在线监测方案。搭建了刀具磨损试验系统,通过试验研究了切削过程中刀具磨损形式,确定了刀具磨损的磨钝标准,将刀具磨损划分为前期、中期、后期磨损三个阶段。基于正交试验研究了声发射信号随刀具磨损、主轴转速、进给量和背吃刀量四个因素的变化规律。
  2、用不同的信号处理方法提取刀具磨损的特征值。基于时域分析方法,提取了均值、均方根、方差和方根幅值;基于小波包变换的分析方法,提取频段的能量比作为刀具磨损的特征值;基于经验模态分析方法,提取特征模态函数的均方根作为刀具磨损的特征值。对提取的时域特征值和时频特征值进行选择和优化。
  3、将优化后的特征值输入到LS-SVM算法中进行学习,建立刀具磨损状态识别模型。LS-SVM算法中的惩罚因子c和核参数g对识别的准确率有很大的影响,将粒子群算法应用到LS-SVM算法中,在全局化与收敛速度方面具有较大优势,能够实现参数c和g的快速寻优。建立基于PSO-LS-SVM的刀具磨损状态识别模型和磨损量预测模型,建立未优化的LS-SVM和BP神经网络刀具磨损模型,用测试样本检测三个模型的预测效果,结果表明 PSO-LS-SVM的准确率最高。最后,离线检测刀具磨损对已加工表面的残余应力和粗糙度,将离线检测的结果用于间接评估刀具磨损,同时验证了刀具磨损的预测结果。
[硕士论文] 康振兴
机械制造及其自动化 东北电力大学 2017(学位年度)
摘要:随着装备制造业的发展,刀具磨损状态监测技术已成为制约现代自动化机床的一项关键技术,该技术目前尚未得到有效解决。实时地监测刀具状态,可提高零件加工质量和机床的加工效率,减少机床事故的发生,最大限度地减少人对机床的操作,实现机床的智能化和无人化,保证系统在最优参数下运行。因此,刀具磨损状态监测技术的研究是非常迫切且重要的。
  本文针对不同切削条件下刀具磨损状态监测和磨损量预测研究课题,通过正交试验法安排切削试验,在采集的声发射信号的基础上,应用现代信号处理方法小波包分析和最优熵理论相结合实现信号的滤波处理,提出了基于云模型理论和最小二乘支持向量机的刀具磨损状态识别方法,最后应用不确定性云推理方法实现磨损量的不确定性预测。主要研究内容由以下几个部分构成:
  以往的刀具磨损监测信号滤波采用时域分析(经验模态分解)、频域分析(功率谱分析)等传统的信号预处理方法。由于所采用的声发射信号的非平稳和非线性特点,本文将适合处理非平稳信号处理的小波包分析方法引入到信号预处理中,实现信号的滤波。首先通过频谱分析得到不同磨损阶段声发射信号的频带分布范围,作为小波包分解层次的定性参考;其次应用信息熵理论中的Shannon熵表征噪声的大小,确定小波包分解最佳树;最后通过最佳树统计分析确定小波包分解的最优分枝,并通过阈值处理后进行信号重构,信噪比可达35dB以上。
  提出了基于云理论的不确定性声发射信号特征提取方法。首先通过改进的逆向云算法提取不同磨损量声发射信号的特征参数,期望、熵和超熵;其次,定量分析刀具在不同切削条件下三种云特征参数随磨损量增大所呈现的变化趋势和规律;最后,通过散点图验证三种特征参数表征刀具磨损声发射信号的有效性。
  提出了将云特征参数与最小二乘支持向量机相结合的刀具磨损状态识别方法。针对神经网络学习算法收敛速度慢、易陷入局部极值以及对特征要求较高等问题,提出基于云理论与最小二乘支持向量机结合刀具磨损状态识别方法。实例分析表明,在优化选取支持向量机参数的条件下,云-支持向量机结合的方法比传统神经网络识别方法的识别率更高。
  将不确定性云推理模型应用到刀具磨损量预测领域。首先,通过条件云发生器挖掘不同磨损阶段磨损趋势与该阶段云特征参数数据之间的关系;其次,在此基础上构建云预测规则;最后,建立了多条件单规则不确定性磨损量预测方法。实例分析结果显示,云推理磨损量预测结果符合刀具磨损规律;对非确定模型进行预测,云推理比模糊推理更接近实际情况。此外,该方法能可推广到不同工况条件下的磨损量预测,具有较强的实用性。
[硕士论文] 罗胜
机械工程 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:钛合金具有耐高温、耐腐蚀、耐冲击等优异的性能,在航空航天、汽车和船舶等领域得到广泛应用。钛合金同时具有导热系数小,高温化学活性高,弹性模量低,摩擦系数大等特性,易导致其加工性能差,属典型难加工材料。涂层硬质合金刀片具有高硬度、高耐磨性和良好的化学稳定性等优点,是目前加工钛合金的主流刀具。涂层硬质合金刀片基体主要采用磨削工艺加工,而磨削加工导致硬质合金刀片基体表面存在变质层、不规则磨粒划痕及残余应力等缺陷,这些缺陷都极大地降低了涂层硬质合金刀片的切削性能和使用寿命。鉴于化学机械抛光(CMP)具有加工表面质量好、无表面/亚表面损伤、表面缺陷密度低、材料去除率高、成本低等优点,因此,CMP是未来硬质合金刀片实现精密和超精密加工的重要方法,围绕化学机械抛光硬质合金刀片的切削性能研究具有重要的工程应用价值和理论指导意义。为此,本文以磨削加工的硬质合金 YG8刀片为研究对象,首先对其表面进行化学机械抛光预处理,然后分别用PVD与CVD方法制备涂层硬质合金刀片,并通过车削钛合金的对比试验,探究切削参数对切削力和刀片耐用度的影响规律,借助测力仪、超景深显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等手段对抛光涂层硬质合金刀片的切削性能进行对比分析。具体工作开展如下:
  1)YG8硬质合金刀片基体前刀面抛光预处理。采用多工序工艺流程,分别对刀片进行了粗抛、半精抛和精抛处理,并采用超景深显微镜对硬质合金刀片表面形貌进行了观测。
  2)抛光涂层硬质合金刀片的制备。分别采用CVD、PVD涂层工艺对抛光和磨削的硬质合金刀片基体进行涂层,为后续的切削试验奠定基础。
  3)抛光涂层硬质合金刀片加工钛合金的切削力试验研究。采用正交试验法,通过车削TC4钛合金试验,揭示了不同切削参数对硬质合金刀片切削力的影响规律。
  4)抛光涂层硬质合金刀片加工钛合金的刀片耐用度试验研究。采用单因素试验法,通过车削 TC4钛合金试验,并采用超景深显微镜、场发射扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)等设备,揭示了不同切削参数对硬质合金刀片耐用度的影响规律,并对刀片磨损机理进行了分析。
  综上,本文的研究为进一步提高涂层刀片的切削性能和优化刀片涂层工艺提供了科学依据。
[硕士论文] 陶骏楠
材料科学与工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:珩磨作为一种高切削效率的工艺,现在已经普遍应用到了内孔扩孔,抛光等工作中。珩磨油石作为珩磨工具中的重要部件,其力学性能对珩磨加工的效率有很大的影响。因此,如何提高珩磨油石的性能,进而提高珩磨加工效率,已经成为很多企业需要解决的问题。珩磨油石由基体与磨粒两部分通过热压烧结制备而成,并靠内部硬的磨粒材料完成切削工作,而基体则起到固定磨粒的作用。金刚石、CBN等材料因其超高的硬度,与较好的化学稳定性现在已广泛作为磨粒材料的用于制造珩磨油石。但国产的珩磨油石在工作中,普遍存在磨粒与基体的附着力不够,磨粒易于脱落,且珩磨油石的磨粒脱落后,基体无法快速的被磨损,导致磨削效率降低等问题。本文以金刚石或 CBN为磨粒,以铜合金为基体,通过热压烧结来制备珩磨油石,主要考察铜合金基体成分、磨粒体积分数和烧结温度等工艺对珩磨油石的致密度、抗弯强度、硬度、微观组织和相组成的影响,并通过摩擦磨损实验来判断其加工能力。
  本研究主要内容包括:⑴通过实验研究发现,基体样品的致密度、抗弯强度、硬度均随着烧结温度的升高而增加。当Co含量提高时,基体样品的抗弯强度与硬度均有所增加,且富Co相增多,Cu-Sn相填充在富C o相中。当加入Ti元素时,Ti容易发生团聚,使得基体样品的抗弯强度下降。在烧结温度较低时,Ag易发生团聚,随烧结温度升高,Ag团聚的现象减弱,部分Ag固溶至Cu-Sn相中,从而增强基体材料的性能。⑵当基体中磨粒(金刚石或CBN)的体积分数升高时,珩磨油石的硬度上升,致密度、抗弯强度下降。当磨粒(金刚石或CBN)经过表面处理过以后,珩磨油石的致密度、抗弯强度均获得提升,尤其是金刚石磨粒而言,经过表面镀钨之后时,珩磨油石的抗弯强度,致密度均获得显著提升,但硬度略有下降。⑶通过不同试样的断口照片可以观察出,当烧结温度较低时,珩磨油石试样的断裂形式主要以脆性断裂为主,断裂路径主要沿着磨粒和基体界面扩展。当烧结温度较高时,基体的断裂形式主要为韧性断裂,磨粒脱落的现象减少,部分磨粒发生断裂,这说明温度升高时,基体内的结合力以及基体与磨粒之间的结合力均获得提升。⑷通过耐磨实验的结果可以看出,镀钨金刚石的珩磨油石试样在磨粒体积分数为15%时磨耗比达到了0.732。使用金刚石、CBN以及Ti-CBN磨粒的试样在磨粒体积分数为10%时分别为0.825、0.813、0.796。从珩磨油石试样磨痕形貌可以看出在使用镀钨金刚石的珩磨油石试样中,大部分磨粒在磨损后仍镶嵌在基体内,少部分磨粒因磨损的原因断裂。对于使用BN以及Ti-CBN磨粒的试样,磨粒断裂脱离基体的现象较多。
[硕士论文] 吴炜
机械工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:目前,行业技术人员普遍使用CAE软件对覆盖件模具成型进行模拟分析,在此过程中,对于工艺参数的选取大多依据经验以及反复试错。工艺参数取值是否合理,需要多次进行试模,并经反复修改、调试验证后,才能获得质量合格的产品零件。这势必导致了模具制造成本增加,以及模具生产制造周期的延长,从而造成相应人力、物力、财力大量消耗。
  本文系统阐述了汽车覆盖件拉延模成型工艺,分析了汽车覆盖件模具型面的选取方法,重点阐述了拉延模成型工序,并分析了零件的成型性和拉延槛的设置方法。简要介绍了单动拉延模具的特点和组成。并对汽车覆盖件模具结构的强度进行有限元分析,简要分析了模具在冲压过程中的受力状况,简要回顾了设计模具过程中关于模具结构强度分析所使用到的相关方案,重点阐述了拉延模具结构强度分析实例,包括模具结构的几何清理、网格的划分、模具材料参数以及前门内板凹模的结构强度分析。
  以当前汽车覆盖件模具表面已经出现或是潜在存在的问题作为分析研究的对象,研究其表面摩擦特性分布优化技术。简要回顾了激光复合造型技术的提出和发展历程,并分析了其在模具中的应用,重点阐述了表面激光造型减摩机理,分析激光表面造型质量的影响因素,并对其进行了试验研究;研究了激光毛化增摩机理,开展激光毛化增摩试验;以汽车覆盖件为例,建立了其有限元分析模型,对其模具表面摩擦特性优化进行了数值模拟,并进行了对比分析。
[博士论文] 杨琳
机械制造及其自动化 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着高速切削技术和硬切削技术的发展,具有高硬度、高韧性和高耐磨性的淬硬钢模具加工实现了以铣代磨,并以高精度和高效率的优势迅速成为汽车覆盖件模具加工的主要工艺方法。由于汽车覆盖件模具具有结构尺寸大、工作形面复杂、曲率变化频繁、表面质量和加工精度要求高等特点,使模具制造企业对自由曲面模具切削过程的控制及加工精度的保证面临很大的挑战。在自由曲面淬硬钢模具三轴球头铣削过程中,切削力方向多变,工艺系统呈弱刚性,易引起切削过程稳定性下降,加工表面质量和加工精度下降,刀具寿命降低等问题。因此,研究自由曲面淬硬钢模具球头铣削过程的切削力、刀具变形、铣削稳定性、加工误差和补偿,以满足自由形面、高硬度、大尺寸模具的高精度高效率的生产需求,对推动汽车淬硬钢模具制造技术进步,促进高品质自由形面模具加工技术的发展和应用具有重要的现实意义。
  球头铣削自由曲面淬硬钢模具时,曲面曲率特征和加工倾角多变使瞬态切削力处于不稳定状态,多变载荷引起刀具变形和切削稳定性下降,同时,造成自由曲面的加工形貌和加工精度难以达到要求。本文针对自由曲面淬硬钢模具的球头铣削过程中存在的上述问题,进行球头铣刀铣削淬硬钢模具铣削力及模具加工误差研究,主要内容包括:
  针对曲面加工中前倾角、侧偏角、行距方向曲率和进给方向曲率引起铣削力方向和大小变化的问题,首先表征自由曲面曲率特征及加工倾角,根据球头铣刀切削刃几何形状,建立铣削过程中刀齿实际运动轨迹的三维摆线模型;基于三维摆线模型,考虑曲面加工前倾角、侧偏角、行距方向曲率和进给方向曲率,修正未变形切屑厚度模型,研究工件曲率和加工倾角对未变形切屑厚度的影响规律。建立考虑加工倾角和工件曲率的自由曲面瞬态铣削力模型,分析加工倾角和工件曲率对瞬态铣削力的影响规律。提出自由曲面瞬态铣削力预测方法,并进行实验验证,为刀具偏摆分析和动力学建模提供依据。
  基于自由曲面瞬态铣削力变化规律,采用有限元法分析球头刀偏摆,获得切削区部分切削刃变形分布规律;基于刀齿三维摆线运动轨迹,建立考虑切削刃不同位置变形的未变形切屑厚度模型,研究切削刃变形对未变形切屑厚度的影响规律。分析切削刃变形对刀工接触区域的影响规律,建立考虑切削区变形的自由曲面铣削力预测模型,并通过实验验证,为加工误差提供理论依据。
  自由曲面球头铣削的未变形切削厚度沿切削刃不断变化,基于刀齿三维摆线轨迹模型,描述相邻刀齿在三维刀工接触区前后表面形成的一对切屑厚度控制点。分析相邻两个刀齿分别经过刀工接触区前后表面控制点的时滞时间,建立变时滞时间的未变形切屑厚度模型。分析工件曲率及加工倾角对铣削时滞及再生作用下的动态切屑厚度的影响规律,建立自由曲面铣削动力学方程。采用全离散和数值解法相结合办法分析小径向切深的球头铣削变时滞动力学特性,预测自由曲面铣削稳定域,分析加工倾角和曲率半径对铣削稳定域的影响规律。
  自由曲面的加工中通常存在编程误差和加工误差,对球头铣刀铣削淬硬钢模具时的让刀误差、残留高度和插补误差进行分析,揭示自由曲面误差分布特性。通过铣削自由曲面淬硬钢模具让刀误差实验和加工表面形貌实验,分别验证让刀误差及残留高度预测模型。基于不同形面特征误差分布特性,采用过程集成优化方法,对曲面的不同切削区域有针对性的进行补偿。
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