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[硕士论文] 张洋凯
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代工业的快速发展,高强度和耐热材料逐步应用于航空航天以及高精尖端领域,这些材料往往是具有高强度和低热导率而难以被机械加工的,需要非常高的切割能量,且切割时产生大量热导致刀具的损坏。磨料射流技术在近二十年正在被市场逐步推广,因其切割成本低和断面质量好而著称,但切割时所需能量也较高,断面易形成拖尾,影响产品的质量。
  针对上述问题,本文提出了热力辅助射流切割靶物金属的方法,以45号钢作为研究对象,通过外接热源局部或整体的对靶物金属进行加热处理,后利用前混合磨料水射流切割机进行切割,并对切割后的靶物金属进行分析研究,通过试验研究外部热源与磨料射流切割靶物金属的耦合影响,并与单一磨料射流切割金属靶物进行比较分析,研究热力辅助射流切割金属靶物的可行性。
  首先,基于正交试验方法,设计了局部加热辅助射流切割混合水平正交试验,并利用拟水平法对试验进行处理,利用光切法高倍显微镜对断面的不平度平均高度进行观测,得出局部加热金属断面的质量随着靶物加热温度的增加而降低。针对局部加热试验,设计了整体加热金属靶物辅助射流切割加工的混合水平正交试验,着重研究温度因素变化对射流切割断面质量的影响,得出整体加热金属断面质量随着靶物温度的提高而降低,并利用读数显微镜对射流切割断面的宽度进行了测量,得出断面的宽度随着靶物加热温度的提升而降低,对靶物的断面厚度进行了测量,得出厚度随着靶物加热温度的提高而降低,并对靶物的断面防锈蚀能力进行了观测,得出随着靶物加热温度的提高,断面的防锈蚀能力得到显著提高。
  并通过ANASY-FLUENT软件对射流的喷嘴流场进行建模分析,考虑射流出口对射流的影响,设计了内凹模型,并对靶物内部温度场的变化进行模拟。针对磨料射流切割金属靶物,提出了射流切割的悬崖—无边界假设,将射流切割断面时的综合切割因素划分成悬崖与无边界两种假设,考虑材料内部分子间的团聚力对切割的影响,对射流切割时靶物的两种状态进行分析探讨,并对磨料射流切割靶物时产生的拖尾进行分析研究,从能量的角度分析主要是由能量不足的滞留、反弹射流与下一段的射流的综合影响导致,在能量不足处,形成斜向下的规则断面。对加热靶物金属内部晶体滑移进行分析,加热导致靶物软化,与射流作用后导致接触面硬化,增加了射流切割靶物的难度,接触时,靶物与射流发生强制对流换热,靶物金属进行热量的传导。最后,对射流切割延性金属靶物的基本模型进行了研究。
  通过对局部和整体加热靶物辅助射流切割进行试验分析和结果分析,对射流的喷嘴流场进行模拟,考虑热力因素对射流切割质量的影响,得出以下结论:热力辅助射流切割削弱了射流切割的断面质量,减小了割缝的宽度,增强了断面的防锈蚀能力。
[硕士论文] 陈海宾
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:磨料水射流切割钢板是一种高效且无污染的新的加工方法,目前,学者主要针对在常温下磨料水射流的切割机理及切割参数进行研究,随着磨料水射流的应用场景的多样化和复杂化,诸如火灾发生时等一些高温环境,对磨料水射流切割过程的理解和操控也提出了更高要求,在一些高温环境下,金属材料经磨料水射流切割后的的物理力学性能变化规律以及断裂机理和变形行为也将呈现和常温下不同的表征,对于常温下的最佳的工作参数将不再适用。因此,本文主要是对热效应下磨料射流切割钢板的机理研究。其主要研究内容如下:
  首先,介绍常见切割钢板方式,并阐述了磨料水射流技术的发展历程和国内外的研究现状,列出了本论文主要研究内容及研究意义。
  然后,以传热学和有限元基本理论为基础,对氧乙炔加热钢板的过程进行了数值模拟和理论分析,建立三维瞬态温度场的有限元方程。针对温度场和热应力分析的数值模拟基础进行了概述,选择了合适热源模型,对氧乙炔加热钢板进行了模型建立和网格划分。通过ANSYS分析软件的云图显示后处理功能求出钢板的温度变化以及应力变化情况,从而显示整个钢板的温度场和应力场分布。
  最后,采用软件对单颗磨料粒子撞击钢板进行了模拟分析,验证了热效应下磨料水射流切割钢板的可行性。然后基于实验室现有设备,采用单因素实验法,通过对不同切割压力、不同的喷嘴的移动速度对常温下和热效应下两种状态进行切割钢板实验,在其他基本参数一致的情况下,得到热效应下对钢板进行切割时需要比常温下提供更高的切割压力或是降低移动速度的重要结论。而且通过对比45和304不锈钢的磨料水射流切割深度,在切割压力20MPa,喷嘴的靶距设定为6mm,喷嘴的移动速度100mm/min等参数设定下,可以看出在热效应下切割304不锈钢比45钢容易一些,前者切割深度较大。
  另外,本文用扫描电镜观察了钢板切割断面的微观形貌,得出在热效应下钢板切割断面以犁削现象为主,常温下以磨削现象为主。通过对本课题的研究,也丰富了高压水射流的基础理论知识,在工程实践应用和实际操作过程中,提供了一定的参考意义和指导价值。
[硕士论文] 张强
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:微坑结构对于改善摩擦表面的润滑情况,减少摩擦副损坏有着重要作用,已成为摩擦学领域的研究热点。在现有微坑加工方法中,电化学放电加工加工精度相对较高,已引起越来越多研究人员的注意。
  本文首先分析了电化学加工放电加工研究现状及加工机理,应用高速摄像机对工具电极旋转电化学放电加工气膜形成和加工间隙放电现象进行了观察,发现工具电极的旋转运动有利于工具电极表面气膜生成,同时有利于加工的稳定进行。
  搭建了工具电极旋转电化学放电加工微坑试验平台,设计制造了基于旋转式动密封原理的电加工引电装置,保证了工具电极高速旋转时电加工引电可靠性。进行工具电极旋转电化学放电加工微坑试验。选取工具电极转速、直径,工作液浓度,加工电源脉冲频率、占空比作为试验主要加工参数。研究发现,工具电极旋转电化学放电加工时,在一定条件下,扩孔比、电化学腐蚀程度随着工具电极转速和工具电极直径增大而减小;工作液浓度越小,电化学放电在整个加工过程中占比越大。
  通过对试验加工参数优化分析得出,工具电极转数为9000rpm,工作液为自来水,电源脉冲频率为25kHz,占空比为20%时加工效果较好,最后加工了一系列微坑进行验证。
[硕士论文] 姚茜
土木工程;结构工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:焊接空心球节点因其构造简单、施工方便、受力合理等特点被广泛运用于大型空间结构中。由于焊接空心球节点是通过焊缝将空心球与钢管连接起来,其焊接过程必将存留大量的残余应力,甚至有焊接残余应力超过材料屈服强度的情况存在,所以不能忽视焊接残余应力对焊接空心球节点性能的影响。而以往关于焊接空心球节点有关极限承载能力和刚度的研究鲜有考虑焊接残余应力的影响,本文主要研究焊接空心球节点的焊接残余应力分布模式,并分析其对焊接空心球节点极限承载力和刚度的影响规律。
  本文运用有限元软件ANSYS模拟焊接过程,得出焊接温度场和应力场,总结出焊接空心球节点的焊接残余应力分布规律。基于焊接残余应力分布模式,分别开展焊接空心球节点消除与不消除焊接残余应力情况下的模拟加载研究,揭示焊接残余应力对焊接空心球节点极限承载力和刚度的影响规律。
  本文的主要研究工作有:
  ①建立焊接空心球节点有限元模型,采用瞬态热分析模拟焊接过程;选取合理单元,考虑材料性能参数随温度变化的非线性特点,运用生死单元法模拟焊缝的填充过程,得到不同时刻下的温度场分布云图,总结分析焊接过程中的焊缝区域时变温度场变化规律。
  ②基于焊接温度场分析结果,计算焊接空心球节点不同时刻下的瞬时应力及焊接残余应力,得到焊接残余应力在焊缝中心线、钢管和空心球上的分布特征与规律。参数化分析焊接空心球节点的球径D和壁厚t、钢管直径d和壁厚δ等因素对焊接残余应力分布模式的影响规律。
  ③基于焊接残余应力的分布规律,对比分析焊接空心球节点在有无焊接残余应力影响下的极限承载力;参数化分析焊接残余应力随着几何尺寸(空心球直径D和壁厚t、钢管直径d和壁厚δ等)的变化对焊接空心球节点极限承载力的影响机制。
  ④基于焊接残余应力分布规律,计算荷载作用下焊接空心球节点的实时刚度,对比分析焊接空心球节点在有无焊接残余应力下的节点刚度的变化情况。参数化分析焊接残余应力随着几何尺寸(空心球直径D和壁厚t、钢管直径d和壁厚δ等)的变化对焊接空心球节点刚度的影响规律。
[硕士论文] 丁学明
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目前我国的铸造行业工艺水平和生产效率较低,环境污染严重且现场工作环境恶劣,有大量的噪音、油污和粉尘等。而随着自动化和机器人技术的不断发展,工业机器人已经在搬运、焊接、码垛等行业广泛使用。铸造机器人可以提高铸件生产效率、制造精度和质量,能够承受恶劣的工作环境,并且能够节约劳动力,实现铸造生产的自动化。而机器人的运动学分析是铸造机器人研制中重要的组成部分,为后续机器人动力学分析与控制系统的研发提供了理论基础。
  本文以初步设计的混联式结构重载铸造机器人的结构模型为研究对象,首先简要分析了机器人的结构及其工作原理,并通过螺旋理论计算了机器人并联机构中浇包相对于定平台的自由度。之后在机器人机构模型上每个组成部分建立合适的坐标系,并根据坐标转理论推导出铸造机器人末端执行器浇包的位姿与各驱动元件位姿之间的关系,构造了铸造机器人位姿反解模型。
  根据位姿反解模型,求解出铸造机器人的一阶运动影响系数和二阶运动影响系数,然后根据运动影响系数求解出浇包的速度、加速度与各驱动元件速度、加速度之间的关系,建立机器人的速度模型和加速度模型。
  最后将Solidworks软件中的机器人结构模型导入运动仿真软件ADAMS中,并添加相应的约束和驱动,建立铸造机器人的虚拟样机。在ADAMS中完成铸造机器人的运动学仿真并提取出浇包的位姿、速度和加速度作为已知条件代入推导出的运动学模型中计算出各驱动元件的位姿、速度和加速度数据并将其与ADAMS软件中驱动元件的仿真数据进行对比,绘制出二者数据的差值图,分析误差产生的原因,从而验证铸造机器人运动学分析的正确性。
[硕士论文] 巫洪亮
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:国内外对连续变截面差厚板(英文名称:Tailor Rolling Blanks,简称:TRB板)的生产方法研究已经做了很多的工作,也取得了很多重要的理论基础,然而对于差厚板的仿形轧制却没有相关的探讨与研究。差厚板的仿形轧制属于一个全新的概念,它的轧制过程与传统的四辊轧机的轧制过程有着显著的区别。由于它们在轧制上的原理不相同,尽管目前对TRB板的轧制成形相关研究已经很成熟,但其研究成果却不能运用在仿形轧制过程中。因此,本文对差厚板仿形轧制过程的研究是具有开创性与启发性的。
  仿形轧制装置可以生产任意连续变化过渡曲线差厚板的这一特性,使它能够最大限度的满足市场对TRB各种形状的要求。但是随着生产的连续差厚板尺寸越来越大,相应的仿形轧制装置也在逐渐增大自身尺寸。从而装置的材料使用量也逐步增大,造成设备过于笨重,继而影响轧制精度和生产成本。对仿形轧制装置的轻量化优化研究有助于该装置尽早投产,突破国外的技术壁垒,提升差厚板的生产效率,降低生产成本。
  首先,对仿形轧制的轧制过程进行了有限元模拟分析,对仿形轧制过程的不同阶段进行了划分,确立了仿形轧制五阶段理论。模拟分析了不同因素对仿形轧制过程中轧制力与轧制时间的影响,模拟表明:最大压下量对最大轧制力影响最大且呈正相关、对轧制时间有一定的影响同呈正相关;仿形轧制速度对轧制时间影响最大且呈负相关、对最大轧制力影响较小同呈负相关;摩擦系数对最大轧制力影响微弱呈正相关,对轧制时间无影响。需指出的是:摩擦系数为0时,仿形轧制依然能够正常进行,这有别于传统的轧制过程必须要具备一定的摩擦力使轧辊咬入轧件才能进行轧制。
  然后,对上模板进行了静力结构分析,讨论了上模板在轻量化优化之前的应力应变响应情况,为上模板的尺寸优化与拓扑优化轻量化做了准备工作。对上模板进行了尺寸优化轻量化,在响应面模型的基础上,通过多目标优化算法,找出了最优的尺寸搭配方案。重新设计的上模板在满足强度刚度要求的情况下,质量减少了66.7%。
  最后,在尺寸优化的基础上对上模板进行拓扑优化轻量化设计,再对拓扑优化后的上模板进行静力学分析以便验证其力学性能是否满足设计标准要求。对比拓扑优化前后上模板各项性能指标得出:上模板在拓扑优化后刚度强度满足设计要求,同时自重减轻了18.2%。经过尺寸优化与拓扑优化轻量化设计,上模板自重累计减少了73.6%,通过静力学分析验证,将两种优化方式施加在同一个优化对象上可以最大限度的减少质量,同时大幅度减少生产成本,经济效益非常可观。
[硕士论文] 林文宇
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:智能化焊接技术是智能制造业的重要组成部分,其技术水平的提高能极大地促进焊接工业的发展。国内外研发的智能化焊接系统普遍存在适应范围小,造价昂贵的特点,无法适应深孔自动化焊接过程的需要,目前已采用的悬臂式焊接方式,又容易造成焊枪支撑头倾斜,触碰管道内壁造成歪焊、断焊等问题,极大地影响了焊接管道件的焊接质量和修复效率。
  针对以上情况,本文提出了一种智能化深孔焊接系统,通过对该系统机械和电控部分的联合设计,来解决上述难题,本文主要研究内容如下:
  (1)对本系统中的机械部分三脚架支撑机构、丝杠传动机构、旋转机构和焊接输送机构进行了合理的计算,完成了整体结构的设计;
  (2)对极限缸径下的三脚架支撑机构进行了ANSYS Workbench静力学分析,验证了力学结构的可靠性,对焊接过程中深孔管道件的温度场、应力场进行了瞬态热力学仿真分析,确定了最佳的焊接时机和焊丝与深孔焊接件融合及冷却的规律,对焊接过程提供指导依据;
  (3)对本系统中的电控部分进行整体的控制方案和运行流程的分析,完成了电控驱动软元件的选型,PLC控制系统设计和MCGS界面设计,完成了硬件线路的连接和优化设计;
  (4)完成了物理样机的搭建与试验,试验结果表明本系统各子系统正常运行,MCGS人机交互良好,通过综合试验进一步验证了深孔焊接系统设计的合理性。
  本深孔焊接机构采用的三脚架支撑机构能最大程度的避免焊接过程中存在的歪焊、断焊等问题,本深孔焊接系统的实现和应用可极大地提高深孔焊接件的焊接工艺和质量,实现可控、安全和高效的自动化生产,对国内相关智能化焊接领域的生产起到了一定的积极作用。
[硕士论文] 周恒夫
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着轨道车辆的高速化发展,对车体材料的要求越来越高。铝合金具有耐蚀性好、比强度高、拉伸性能好等特点,在轨道车辆车体上的应用得到世界各国的认可。由于铝合金的热导率大、热膨胀系数大等特点,焊接时极易产生焊接热裂纹,给轨道车辆生产带来了一定的困难。因此,分析铝合金焊件几何形状与焊接变形、残余应力应变的关系,对以减小焊接变形和残余应力为目的的高质量轨道车辆铝合金焊件结构设计的选择上具有一定的指导作用。
  本文在ABAQUS平台上,以5052铝合金管状焊件和板状焊件作为模拟对象,热-弹-塑性有限元数值分析理论为基础,考虑材料的热物理性能非线性和几何非线性,建立三维有限元模型。采用充分考虑温度场和应力变形场双向耦合作用的直接耦合法,考察焊接速度为10mm/s、11mm/s和热源功率为1540w、1820w下焊件焊后温度场、塑性应变场分布变化,得出基于直接耦合法探究的焊接工艺参数对铝合金焊件焊接影响的相关结论。在此基础上,选择热源功率为1820w和焊接速度为10mm/s,以直接耦合法展开对板状焊件和管状焊件的温度场、应力场和焊接变形的考察,分析不同几何形状焊件的焊接热输入和焊接热损失的平衡状态,就温度场和拘束度双方面作用对比不同几何形状的铝合金焊件的焊接变形量和残余应力的大小。通过以上相关的模拟,实现铝合金焊件不同几何形状对焊接变形和残余应力影响的研究探索。
  根据模拟研究得出:焊接速度在一定范围内的改变对铝合金板状焊件纵向残余应力的分布影响较小,而对横向残余应力分布影响较大,最大应力改变幅度为3MPa,改变量占比31%。热源功率在一定范围的改变使得焊接残余应力差异性在横向分布上表现明显,而在纵向分布上表现不明显,横向残余应力最大改变幅度为21MPa,改变量占比181%。同时焊件几何形状的不同,主要引起焊接时温度场和拘束度双方面的不同而产生对焊接变形和残余应力的影响。一方面几何形状的不同导致焊件的拘束度不一样,影响焊接时的塑性变形,进而影响残余应力。另一方面几何形状对焊件和外界的热交换的影响也较大,温度最大改变幅度在形成稳定熔池阶段,为191℃,最大改变占比在冷却阶段,为122%。相应的影响焊件在高温阶段时长,温度场的不同,影响焊件的材料性能,这样屈服强度处于低值的时间不等,因而发生最大塑性变形量也不一致,松弛了焊件整体内应力的量也不等,所以会影响焊后残余应力。模拟的两焊件最大变形量相差1.35mm,最大改变占比为540%。双方面影响的大小还得视具体的形状改变量来判定。
[硕士论文] 章佩佩
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:设备金属板是机械设备的关键部位,其质量直接影响到机械设备的运行可靠性,需要对金属板内部可能存在的白点、和夹杂等缺陷进行检测。超声无损检测因具有检测准确率高、检测装置成本低、对人体及周遭环境无害等优点,适合用于机械设备板内部缺陷的检测,超声无损检测领域中的主要课题就是对超声信号处理方法的研究。超声缺陷回波信号是一种时变信号,具有非线性、非平稳性特征,传统傅里叶变换主要用于处理线性、平稳性信号,而以傅里叶变换为基础的相关变换如快速傅里叶变换、小波变换都具有傅里叶分析信号的局限性,因此课题主要研究了Hilbert-Huang变换分析方法,使用Hilbert-Huang变换对实验中机械设备板型缺陷信号进行处理,对处理过程中存在的问题进行了一系列相关研究:
  首先,论述了超声无损检测基本原理和超声波的传播特性,并利用这些特性推导出相应的检测方法对机械设备进行检测,分析了机械设备常出现的缺陷、位置及其原因,并对其超声缺陷信号进行了定性、定量和定位分析。
  其次完成了模拟超声检测机械设备的系统搭建,实验中主要采集了四种不同深度的缺陷信号,对其时域波形进行了分析,由于时域波形提供信息能力有限,将其拓展至时频域进行分析。针对超声回波信号非平稳、非线性等特性,主要研究了希尔伯特-黄变换法。使用希尔伯特-黄变换方法处理实验缺陷回波信号时存在问题,即端点效应问题和模态混淆问题。
  再次,针对端点效应问题,分析了两种改进方法,镜像延拓法和边界局部特征尺度延拓法,通过仿真实验将其对比分析,最终采用边界局部特征尺度延拓法对实验中的超声缺陷回波进行延拓;针对模态混淆问题,介绍了EEMD分解方法并与EMD方法对合成信号进行分解处理,两种结果对比验证了EEMD方法针对EMD分解时产生的模态混叠问题的处理有效性。将EEMD方法应用于超声缺陷回波信号中,分解结果显示模态混淆现象被消除。再基于EEMD方法建立原始超声缺陷信号的最优降噪光滑模型对其实行了降噪处理。
  最后,介绍了Hilbert谱与边际谱构造原理,通过对一个已知频率幅值信号的Hilbert边际谱和快速傅里叶变换频谱分析与比较,显示出Hilbert谱分析信号的优势,再对实验中4种不同深度的超声缺陷回波信号进行Hilbert谱与边际谱图显示并分析谱图所代表的各种缺陷信息,最终达到对机械设备内部缺陷检测与识别的目的。
[硕士论文] 方芳
水利工程;港口、海岸及近海工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:长江上游包括重庆市、四川省、云南省等大型码头的建设中,由于存在覆盖层浅及深水施工等问题,码头下部结构更多采用钢管混凝土嵌岩桩型式,桩基及纵横撑均大量使用钢结构。目前内河港口钢构件防腐主要依据沿海钢结构防腐标准采用涂层保护法。但与海港相比,内河在汛期具有流速大、高含沙量的水流环境,导致涂层在泥沙的冲蚀作用下快速脱落。本文采用CFD数值模拟方法,建立水沙两相圆柱绕流流场的数值模型,在此基础上研究内河含沙水流条件下,泥沙颗粒的冲蚀特性,基于已有的冲蚀理论模型,提出内河条件下冲蚀损伤模型。本文的主要研究工作及取得的成果如下:
  (1)采用大涡模型模拟非稳定湍流流场,离散相模型(DPM)模拟泥沙轨迹,建立了雷诺数为1.5×105的水沙绕流数值模型。计算结果表明:阻力系数Cd、升力系数Cl、斯特劳哈数St、表面压力系数,及不同粒径泥沙在尾流内的分布特征与相关文献结果基本一致,验证了模型的可靠性。
  (2)基于建立的水沙绕流数值模型,研究了泥沙颗粒在不同粒径、不同流速条件下对圆柱迎水面的冲蚀特性,结果表明:越靠近圆柱90°位置,受泥沙冲蚀的概率就越大,但冲蚀速度越小。大部分泥沙均以小冲角划过圆柱面,对涂层材料表面造成微切削损伤,经过反复冲刷后形成较长的沟壑。在圆柱90°附近,会有少量泥沙以大角度冲击涂层,在反复的冲击作用下形成冲击坑。泥沙粒径或流速越大,冲蚀圆柱45°-90°位置的概率就越大,且冲蚀速度、冲蚀角度、有效撞击率也随之增大。当粒径增大到一定范围,有效撞击率开始减小。
  (3)基于水沙绕流数值模型,研究了泥沙颗粒在不同粒径、不同流速条件下对圆柱背水面的冲蚀特性,结果表明:越靠近圆柱-90°位置,受泥沙冲蚀的概率就越大,冲蚀速度也越大。冲蚀背水面的泥沙颗粒,大部分还是小冲角划过圆柱面。相比于迎水面,背水面发生大角度冲蚀作用范围更广,且占比更多,但冲蚀程度远远不及迎水面。泥沙粒径或流速越大,圆柱-45°至-90°位置的冲蚀概率就越大,且冲蚀速度、冲蚀角度、有效撞击率也随之增加。当粒径增大到一定范围,有效撞击率开始减小。
  (4)结合数值模拟计算结果和现有冲蚀模型提出了适用于内河含沙水流条件下的涂层冲蚀数学模型。经计算1.0m/s、1.2m/s、1.5m/s、1.8m/s四种流速下涂层的厚度损伤量,各流速下的最大冲蚀量均出现在圆柱30°-45°位置附近。将计算值与室内模型试验值进行对比,验证了提出的涂层冲蚀数学模型的可靠性。
[硕士论文] 李红梅
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:单点渐进成形技术是集设计与制造一体化的柔性成形技术,是在“分层制造”思想的基础之上,将目标制件三维模型沿着Z轴方向分散成一系列的二维层面,然后,再在每层二维面上进行逐点逐层的累积加工,最后加工出所设计的目标制件。
  首先,本课题着重介绍了单点渐进成形的基础理论。对单点渐进成形过程中金属板材的应力应变及金属板材变形区域的厚度变化进行了详细分析,对单点渐进成形机理及成形过程中的摩擦润滑机理进行了描述;此外,还对单点渐进成形的道次规划及成形工具的运动轨迹及运动方式进行了描述,分析了目标制件的壁厚均匀度。
  其次,对本课题研究所用的数值模拟方法及实验方法进行了介绍,对数值模拟方法及实验方法的流程进行了分析和描述。主要阐述了数值模拟过程中的单元选择及实常数定义,材料模型定义及网格的划分,摩擦条件的定义,约束条件及接触处理;同时,对本课题实验所需要用的成形工具、装置及夹具等实验设备进行了分析和描述。
  再次,以方锥件为例,分别对1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3长宽比例的方锥件进行了分析研究。在数值模拟实验及实验验证过程中,各种比例条件下的金属板材参与变形的面积、成形深度均相同,加工过程中的成形工具头直径及下压量等工艺参数也均相同;然后,求出各比例条件下方锥件的最大壁厚差,并将各最大壁厚差进行分析对比,最大壁厚差越小,则成形出的方锥件壁厚越均匀,从而得出对方锥件壁厚影响最小的长宽比例;最后,再用实验去验证数值模拟实验的结果可行性。
  最后,利用对方锥件壁厚影响最小的边长比及最优工艺参数组合,对成形出相同表面积的正五边形锥件、正六边形锥件、正八边形锥件、正十二边形锥件及圆锥件进行了数值模拟;然后,求出各多边形锥件最大壁厚差,并用实验进行验证,同时将数值模拟结果与实验结果进行对比,确定数值模拟结果的可行性。进而得出了不同多边形锥件之间的趋势规律。
[硕士论文] 张青
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:焊接技术作为传统的机械加工工艺与连接方法,广泛的应用于汽车制造、造船和航空航天业等领域,在国民工业中占据着非常重要的地位。但焊接是涵盖热力学、金属组织相变和氢浓度扩散不均匀等因素的高度非线性加工工艺,同时焊接过程中焊缝和母材温度单元活动的差异性,不仅造成焊件焊后较大的焊接残余应力和焊接变形,更甚者影响结构的疲劳寿命。传统的经验法和解析法不仅在精度上存在误差,而且效率低下,完全不能用于指导焊接工业生产。随着计算机硬件水平的提高和有限元法的运用,从实际焊接工艺出发,完全考虑焊接力学(应力应变场)、热学(温度场)和金相学(显微状态组织)三者直接的相互耦合关系,高效精确的对焊件的残余应力、焊接变形和氢扩散进行预测分析。
  焊接残余应力、焊接变形和氢扩散浓度是影响结构产生裂纹的重要因素,影响焊件产生残余应力、焊接变形和氢扩散的因素众多,如力学边界条件的约束、焊缝在焊件中的位置、焊接层数和方向和焊后热处理工艺等因素,而焊件顺序对焊件残余应力、焊接变形和氢扩散浓度的影响却鲜有提及,尤其是焊接顺序对氢扩散质量分数的影响研究更是少有报告。同时,工业生产中结构较为复杂,结构的焊缝众多,合适适用的焊接顺序对焊件的残余应力、焊件变形和氢扩散浓度的减小起着举足轻重的作用,因此,如何从多方面角度和不同的研究背景精确高效分析焊件残余应力、变形和氢扩散浓度问题一直是焊接数值仿真领域的焦点问题。
  鉴于上述的研究背景,本文根据焊接结构传热学理论和实际焊接经验,运用直接偶合算法,以T型接头结构为研究对象,运用大型有限元分析软件ABAQUS和Fortran语言编写的Dflux热源子程序,针对左右两侧焊缝不同的热源加载工艺,开发了四种不同的焊接顺序,并编写每种焊接顺序的Dflux热源子程序,研究焊接顺序对6063铝合金材料T型接头残余应力、焊接变形的影响,结果表明:焊接顺序对T型接头等效残余应力和横向残余应力大小和分布影响不大,只对纵向残余应力的大小有一定的影响,其中方案1和方案3焊件所产生的纵向残余应力最小,方案4所产生的纵向残余应力最大;焊接顺序对T型接头焊接变形有较大的影响,其中方案2中焊件产生的变形量最大,而方案4的变形量最小,焊件变形量可以减小38%左右。由于氢扩散在传统的铝合金材料中扩散不明显,因此,以HQ130钢材料T型接头为研究对象,研究四种不同焊接顺序对氢扩散浓度的影响。结果表明:焊接顺序对扩散氢峰值浓度影响甚微,但对扩散氢的分布有着较大的影响。
[硕士论文] 周亮
机械工程;机械制造及其自动化 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:焊接是船舶等大型结构制造中主要的连接方式,而且近年来在材料加工领域中占有十分重要的地位。虽然焊接可以将材料进行永久性的连接,但是在焊接加工过程中,由于材料属性的非线性和温度不均匀的变化等复杂因素,导致焊后结构件内部会存在应力分布以及外表面发生变形,从而出现材料力学性能降低、使用寿命缩短等现象。并且在实际工程中,焊接件在实施焊接前都会经过一系列的热加工和机械加工。如此以来,焊件在焊接前都会存在一定的初始残余应力分布。
  基于上述研究背景,为了研究初始残余应力对焊接残余应力分布及其数值的影响,本文建立了热轧制成形和焊接制造的有限元模型,探讨薄板在经过热轧制加工后产生的残余内应力对焊接过程的影响。研究中将轧制引起的残余应力继承到焊接预测分析中,开发了三维热-弹-塑性有限元计算程序,基于热力直接耦合法,以板厚为5mm的Q235钢对接焊为例,对其焊接残余应力和变形的预测进行了数值模拟,其中考虑到了金属材料物理性能和力学性能随温度变化的特点。得到了焊接残余应力的分布规律:焊缝周围的金属在施焊过程中,热应力呈压应力分布状态并渐渐增大;冷却过程中,内应力性质发生了转变,即由压应力逐渐减小之后转变为拉应力。冷却至室温后,在沿垂直于焊缝方向上,残余应力呈对称分布。焊缝和热影响区呈现拉伸残余应力分布,母材区域则呈压缩性残余应力状态。沿焊缝方向上,残余应力同样呈对称分布的规律:焊缝中部金属受压和焊缝两端金属受拉。之后通过分析对比薄板是否考虑初始残余应力的两种方案的计算结果,得出了在沿焊缝方向和垂直于焊缝方向上,两种方案计算得到的残余应力分布规律相似,但在数值上有差别。
  介绍了薄板结构稳定的相关理论,并采用特征值屈曲分析方法计算焊接屈曲变形,得到了前四阶屈曲特征值和模态变形图。通过分析得知,选用合理尺寸的板件或施加特定的边界约束条件,可以提高焊接结构件的临界屈曲载荷,进而可以避免在焊接过程中出现失稳变形。最后得到了判断焊接过程中是否出现失稳变形的依据。
[硕士论文] 庞鹏辉
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:采用有模多道次单点渐进成形技术能够很好的成形出直壁件,对于难成形的曲面零件,使用此成形工艺能够提高制件质量,并且只需要一些简易的支撑模型,支撑模型材料可以为树脂,木头等,取材便捷且更改方便,成本低,该工艺特别适用于小批量制件的快速制造。
  铝合金具有塑性性能好,易于成形,工业生产广泛应用等优点,本文选用工业常用铝合金1060A1进行数值模拟和实验,研究各工艺参数对直壁筒形件的成形均匀性及可成形性的影响,并确定最优的工艺参数组合,然后将优化后的工艺参数组合用于较复杂零件的成形。
  由于成形轨迹直接影响成形质量,本文制定了两种成形策略,并通过有限元建立相关模型,对不同的成形策略进行数值模拟研究,得出可以有效提高材料成形质量的成形策略。
  然而成形过程中成形工艺参数较多,由此对工艺参数进行了单因素对比研究,以成形制件最小厚度及成形制件厚度分布情况为目标,分别研究成形工具头半径,下压层间距,进给速度与圆筒半径大小及成形深度对目标的影响,得到成形工具半径对成形后的板料最小厚度及成形制件均匀性起正比关系,下压层间距与进给速度对成形后的板料最小厚度及成形制件均匀性起反比关系,圆筒件的不同半径对目标影响较小,成形深度对目标影响最为直接。然后进一步研究多因素对板料最小厚度的影响,并对参数进一步优化,结果发现直壁筒形件的可成形性得到了提高,并通过响应面法进一步确定了相关工艺参数间的关系。
  将所得规律应用于较复杂零件的成形,采用四道次,成形工具半径5mm,下压层间距0.75mm,进给速度700mm/min工艺参数组合,分别成形最大直径为120mm,深40mm的复杂筒形件与最大边长为120mm,深40mm的复杂方盒件,得到成形质量较好的复杂筒形件及复杂方盒件,并验证了优化后的参数组合在一定程度上提高了材料的可成形性。最后通过异形件的试制,进一步确定了所用参数的合理性。
[硕士论文] 卞功文
车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:搅拌摩擦焊接过程中,焊缝区域会存在比较大的温度梯度,并且温度场会随着搅拌头的移动而发生变化。这种在时间以及空间上的不均匀加热以及冷却过程,都会引起焊接残余应力以及残余变形,焊接残余应力会影响结构件的损伤容限和疲劳寿命,残余变形则会影响构件的装配,所以研究搅拌摩擦焊的残余应力分布、残余变形以及疲劳寿命都具有一定的工程实用价值。虽然实验手段可以研究其残余状态,但是容易受到周围环境的影响且时间周期比较长,所以采用数值方法对搅拌摩擦焊过程进行研究是非常有必要的。
  本文中采用数值模拟的方法研究了平板对接焊的温度场、残余应力场分布以及焊后变形,并且使用单一变量控制法,通过改变不同的焊接参数对搅拌摩擦焊的过程分别研究;然后开展焊接残余应力对焊接构件疲劳影响的研究。本文中的各章节安排如下:
  第一章对搅拌摩擦焊接技术的研究进展进行了综述,主要包括搅拌摩擦焊的焊接原理以及焊接工艺参数、搅拌摩擦焊接构件的温度场、搅拌摩擦焊接构件残余状态、搅拌摩擦焊接接头处微观组织的分布以及疲劳性能的研究,并概述了本文中的主要工作内容。
  第二章介绍了搅拌摩擦焊接热力耦合模型的基本理论。
  第三章建立了顺序热力耦合有限元模型,并且将通过ABAQUS子程序编写了搅拌头移动热源的程序,对搅拌摩擦焊的焊接过程进行数值模拟仿真。
  第四章通过对搅拌摩擦焊接的顺序热力耦合仿真分析,获得了焊接温度场、应力场分布以及焊接残余变形的分布云图及变化曲线,得出一般性规律:在搅拌摩擦焊接过程中温度场的分布以搅拌头为中心向四周呈现半椭圆的分布;残余应力主要分布在焊缝区域,且主要以纵向残余应力为主,在垂直于焊缝方向呈现“M”状分布,沿着焊缝方向呈现抛物线分布;焊接变形主要在焊缝区域呈现向下凹的趋势。
  第五章使用控制变量法,对搅拌摩擦焊的焊接工艺参数搅拌头的转速、焊接速度、轴肩半径进行控制,研究焊接参数对搅拌摩擦焊的温度场以及残余应力场的影响规律。
  第六章研究了残余应力对焊接构件疲劳的影响。研究发现在焊缝处的残余应力主要与拉伸残余应力的形式存在,并且由于拉伸残余应力的存在降低了构件的疲劳寿命,可以通过改变焊接参数从而减小焊缝处的残余应力,从而提高焊接构件的寿命。
  第七章对本文中的工作做了总结,并对以后的工作做了展望。
[硕士论文] 顾栩
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文研究的连续变截面管(TRB管)为差厚管,由厚度连续变化的轧制差厚板(TRB,Tailor Roll Blank)通过焊管工艺制造而成,与差厚拼焊管的不同之处在于存在过渡区和无壁厚突变。为了掌握TRB管在液压胀形中的成形规律,本文研究了TRB管液压胀形过程中过渡区的变化规律、过渡区参数对成形性能的影响规律、不同管坯参数对变形协调性的影响规律和TRB无轴向补料成形阶梯管的研究。
  为了研究过渡区在液压胀形过程中的变化规律,建立不同参数的TRB管液压胀形模型,研究了过渡区长度、厚度差和长度比在胀形过程中对过渡区移动量和伸长量以及对管件最大减薄率的影响规律。结果表明,过渡区长度为60mm是变化趋势中的一个分界点,过渡区长度增大,移动量和最大减薄率减小,减小速度先快后慢,过渡区长度大于60mm时,变化不明显,而伸长量先增大后减小,过渡区长度为60mm时达最大0.22mm;壁厚差为1.5mm是变化趋势中的一个分界点,壁厚差增大,移动量和最大减薄率增大,移动量增大速度较大,最大减薄率增大速度先慢后快,厚度差大于1.5mm时增大速度更快,伸长量呈减小趋势;长度比增大,移动量和最大减薄率呈减小趋势,伸长量先减小后增大,长度比为1时达最小值-0.03mm,即过渡区为压缩状态,长度比的影响规律相对于过渡区长与厚度差更复杂。
  建立了不同过渡区参数的TRB管液压胀形有限元模型,提出了一种离散不规则过渡区的新方法,研究了TRB管过渡曲线、厚度差和过渡区长对胀形性能的影响规律。针对TRB管液压胀形,进行了正交设计,以数值模拟结果为基础,建立了BP神经网络预测模型,并将预测结果与数值模拟结果进行对比分析,验证预测结果的精度。结果表明:各参数对胀形性能影响的区域不同,但都对最大成形高度影响显著,极差最大达647mm,最小为2.88mm;4种过渡曲线中凹弧型的成形性能最差,最大的成形高度差2.88mm;增大过渡区长度有利于胀形,随厚度差增加,成形性能快速下降,其中厚侧成形高度差值达8.22mm。单组预测值在误差范围内,预测模型能用于预测其它过渡区参数组合的TRB管胀形。
  为了掌握TRB管参数对变形协调性的影响规律,建立了不同参数TRB管自由胀形模型,研究了过渡区长、厚度比和长度比对变形协调性、薄管极限胀形量和厚管最大胀形量的的影响规律。结果表明,过渡区长度增大,变形协调性、极限胀形量和最大胀形量先增大后减小,过渡区长度为40mm时变形协调性达最大值0.362,极限胀形量达最大值9.32mm,最大胀形量达最大值3.43mm;厚度比增大,变形协调性快速减小,极限胀形量为快速增大、缓慢增大和减小的变化过程,最大胀形量先增大后减小,厚度比为2时极限胀形量达最大值9.48mm,厚度比为1.5时最大胀形量达最大值3.76mm;长度比增大,变形协调性先缓慢减小后快速增大,长度比为1达最小值0.178,极限胀形量先快速增大,长度比大于1.7后缓慢增大,最大胀形量先缓慢增大,长度比大于1后快速增大。
  建立了TRB管无轴向补料阶梯管胀形的有限元模型,研究了TRB管的过渡区长度、胀形区长度及阶梯管的设计壁厚对成形后阶梯件壁厚分布的影响,并对轴向非对称阶梯管的成形进行了模拟。结果表明:成形件最小壁厚与设计壁厚的最大差值为0.109mm,为设计壁厚的5.45%,而最大壁厚与设计壁厚的最大差值为0.117mm,为设计壁厚的5.85%;非轴向对称阶梯管成形中最大差值分别为设计壁厚的4%与4.88%,因此,认为壁厚分布是均匀的。随设计壁厚增大,壁厚差和最小壁厚与设计壁厚的差增大,极差分别达0.109mm、0.042mm,对壁厚分布的影响最大;过渡区长度增大,壁厚差增大,在过渡区长度小于30mm时,最小壁厚与设计壁厚的差快速减小,之后变化不明显;胀形区的长度对两个壁厚差的影响规律相似,且差值变化量不大。
[硕士论文] 丁冰倩
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着航空航天、汽车、生物医学、机床等行业的迅速发展,非圆零件在这些领域中的应用越来越广泛。在使非圆零件成形的方法中,车削技术与其他方法相比拥有加工效率好、精度高等优点,所以该方法在工业领域中尤其是对非圆零件的加工中,是一个能满足工业需求的切削加工方法。选择超磁致伸缩执行器(GMA)启动的非圆型面精密加工刀架,解决了传统硬靠模方法的不足,较好地完成了无模体的自动控制高精度的加工。GMA驱动的车削加工系统具有结构简易严密、重复精密度高、无间隔、坚硬不易变形、传动惯性小、工作持续稳定等优点,但是由于超磁致伸缩执行器的外加驱动磁场和输出位移之间存在明显的磁滞非线性会影响系统的控制效果,为了解决这个难题,本文选择超磁致伸缩执行器车削加工系统为研究对象,对其进行了以下研究:
  (1)介绍非圆型面零件车削加工驱动方式和超磁性伸缩执行器的控制方法研究现状,并对磁滞模型进行了简单的介绍;然后依据Jiles-Atherton模型,在此基础上创建了GMA的动力学模型;再引入车削力,建立GMA驱动的车削加工系统动力学模型。使用MATLAB中的Simulink仿真工具,对所建模型进行仿真验证,通过仿真结果验证模型的可行性。
  (2)以GMA车削加工系统动力模型为控制对象,依据模糊控制原理设计了模糊PID控制器,再与一般的PID控制器进行仿真对比,验证其优越性。最后加入干扰信号,通过仿真验证了模糊PID控制器具有更好的自调整能力。
  (3)考虑到磁滞非线性的存在会使超磁致伸缩执行器系统中存在定位误差,因此针对这一问题,设计一个RBF神经网络逆控制器来作为前馈控制器,并将模糊PID控制器作为反馈控制器,两者结合,通过MATLAB仿真进行位移特性实验,最后实验结果表明本文所采用的控制方法可以有效提高超磁致伸缩执行器系统的控制精度。
[硕士论文] 王兴明
控制科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着科学技术的飞速发展,信息、材料、物理、化学一体化的机器人技术得到了长足的发展,进入了一个新的开放时代。近年来,中国政府提出的“2025年中国制造”要求以先进的“智能制造”取代落后的中国制造业。同时,机器人智能制造技术也被列为国家科技创新的优先研究方向。因此,加大对智能机器人制造技术的投入已成为我国战略布局的必然选择。
  机器人智能制造技术已成为国内外科研机构的研究热点。虽然机器人的应用越来越广泛,但其路径规划问题仍然存在明显的缺陷。目前,在科学研究领域中,机器人路径规划的智能算法有很多种,但它们大多存在相对缺陷,不能很好地解决机器人路径规划问题。在此基础上,提出了重载铸造机器人的路径规划方法。
  论文首先介绍了本课题研究的研究背景与研究意义,阐述了与本课题内容相关的铸造机器人、机器人路径规划以及蚁群算法的研究现状。其次对本文相关的算法及技术进行介绍,阐述了移动机器人路径规划的算法以及经典蚁群算法和人工势场法主要内容,比较了两种算法的优缺点,论述了栅格法在地图构造上的应用。
  然后讲述的是机器人路径规划实现与仿真。首先对经典蚁群算法进行仿真,由仿真结果分析经典蚁群算法的在机器人路径规划问题上的优缺点。然后对基于人工势场的机器人路径规划进行介绍和实验仿真,分析了人工势场法存在的问题。最后比较了两种算法各自的缺陷和有点,提出了将两算法结合的观点—势场蚁群算法。对势场蚁群算法进行验证、仿真,实验效果令人满意。
  由于铸造机器人的运动不可只在二维平面上,最后介绍了三维路径规划进行研究,之后对三维环境的改进蚁群算法进行阐述。最后对重载铸造机器人路径规划进行仿真研究。对势场蚁群算法规划出的路径做最后的平滑处理以及三维环境的铸造机器人路径规划进行仿真期望本文的研究论述能够对我国铸造机器人路径规划方面的研究起到一定的借鉴作用。
[硕士论文] 胡琳盛
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:作为理想的现代工业结构材料,镁合金在汽车、航空航天工业等领域具有广阔的应用前景,被誉为“21世纪绿色工程材料”。然而镁合金具有非常高的化学和电化学活性,容易在自然环境中氧化,产生腐蚀现象,使其应用受到限制。因此,寻找一种有效改善镁合金耐蚀的方法成为了当务之急。目前,主要采用各类表面改性技术进行处理。这些技术中,磁控溅射作为一种绿色环保的薄膜沉积技术,具有沉积速率快、功率效率高等特点,近年来得到了国内外研究人员的高度重视,取得了快速的发展,广泛应用于工业薄膜制备领域。
  本文基于正交设计理论,采用射频磁控溅射在AZ31镁合金表面沉积Al2O3陶瓷薄膜,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜等检测手段对薄膜进行表征探究溅射工艺参数(沉积时间、溅射功率、负偏压)对薄膜晶粒尺寸的影响。通过电化学测试与单因素试验相结合的方法探究溅射工艺参数对Al2O3陶瓷薄膜耐腐蚀性能影响规律。利用金相显微镜分析手段研究了镁合金基体与Al2O3陶瓷薄膜在NaCl溶液中的腐蚀行为,根据腐蚀电化学理论剖析了其腐蚀机制。研究结果表明:
  (1)通过正交预试验对各个溅射工艺参数进行优化得到的的最佳工艺为100mm、250W、80V,在此工艺下制备的Al2O3陶瓷薄膜较薄且透明,膜层厚度仅为3.15μm,且表面基本光滑平整、均匀致密。薄膜表面部分区域存在弥散分布的小颗粒,其生长模式为岛状生长模式,且在(221)面具有很好的择优取向。
  (2)通过单因素试验进一步研究溅射工艺参数对薄膜晶粒尺寸的影响发现在沉积时间为20mm时,晶粒尺寸相对较大,但随着沉积时间的延长,Al2O3陶瓷薄膜的晶粒尺寸逐渐减小。随着溅射功率的提高,Al2O3陶瓷薄膜晶粒尺寸逐渐减小。其中,当溅射功率在250W~300W之间,薄膜的晶粒尺寸极具增大。随着负偏压的增高,晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势。其中,在负偏压为60V时,Al2O3陶瓷薄膜具有最小的晶粒尺寸。
  (3)镁合金表面沉积的Al2O3陶瓷薄膜的耐腐蚀性能依镀膜工艺参数的不同而异。沉积时间的延长会使薄膜厚度逐渐变厚,会使薄膜较基体而言表现出更优异的耐腐蚀性能,但过长的沉积时间会导致薄膜龟裂。增高溅射功率会使溅射粒子的能量增大,但高功率下的溅射粒子会刻蚀膜面,导致薄膜产生缺陷;偏压能使薄膜的成膜能力增强,但过高的偏压反而会造成薄膜质量下降。通过实验分析获得影响Al2O3陶瓷薄膜耐腐蚀性能的最优工艺参数为:60min、250W、40V。在此工艺下制备的薄膜相对于镁合金基体而言其腐蚀电位从-1.630V提高到-1.492V,
  腐蚀电流密度由原来的7.455×10-4A cm-2降低到5.96×10-4A cm-2,其耐腐蚀性能得到显著改善。
  (4)浸泡实验显示,尽管镁合金在空气中形成了保护层,但由于Cl-轻易的腐蚀掉疏松多孔的氧化层,导致镁合金基体加速溶解,呈现全面腐蚀的状态。而Al2O3陶瓷薄膜由于具有较高的致密度,有效的阻碍了腐蚀介质,腐蚀比较温和,只有极小极浅的腐蚀坑出现。表明Al2O3陶瓷薄膜沉积在镁合金上提高了基体的耐腐蚀性能。
[硕士论文] 张争争
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:轮毂压铸模具在汽车轮毂生产过程中具有关键作用,其性能直接影响轮毂生产的效率和质量。但轮毂模具因其高温液态金属热磨损、侵蚀等极为严苛的工况环境,会产生多种形式的失效,影响生产甚至造成重大经济损失。通过再制造技术对轮毂模具进行修复成为近年的研究热点,其中激光熔覆再制造技术因覆层组织致密、缺陷少、与基体结合良好等特点被广泛关注。
  本文结合再制造技术特点,选用激光熔覆技术对轮毂模具进行表面修复、强化。利用多功能激光加工机在不同工艺参数下进行激光熔覆试验,通过显微硬度计、摩擦磨损试验机、SEM、XRD对所得覆层硬度、耐磨性及微观组织进行比较研究,得到了轮毂模具激光熔覆再制造的最佳工艺参数,并对模具修复效果进行评估,进一步论证了采用激光熔覆技术对轮毂模具进行再制造修复的可行性。
  研究表明,在扫描速度为12mm/s时,Ni60A-1粉末覆层硬度最高为约650HV02。加入SiC和MoS2后,覆层的显微硬度提高了约160HV02,其原因是SiC和MoS2在高温熔覆下发生分解,生成的Si、Mo等元素在覆层内形成间隙固溶体和特殊碳化物,对覆层起到固溶增强和弥散强化的效果,使覆层硬度明显提高。
  SiC和MoS2含量在降低覆层体积磨损率和摩擦系数方面效果较好,而扫描速度对覆层耐磨性影响不大。其中MoS2分解后产生的S元素与覆层内其他元素形成硫化物,对覆层表面形成润滑保护作用。根据试验结果,在添加含量为6%SiC+5%MoS2时,覆层的体积磨损率和摩擦系数最小,耐磨性能最优。
  激光熔覆层从顶部到基体分别为熔覆层区域(CL)、结合区域(BZ)和热影响区(HAZ)。在熔合区与基体结合区域覆层组织以平面晶方式生长;熔合线以上的晶粒组织逐渐转变为垂直于熔合线的柱状晶或树枝晶生长;在覆层中部,主要以胞状晶或细小等轴晶形态存在;而覆层表面主要为细小的等轴晶。当扫描速度为12mm/s时,覆层内部晶粒细化、组织致密,具有一定的细晶强化的效果。加入SiC含量的提高会增加碳化物等高硬质相的形成,阻碍晶粒进一步长大,而添加MoS2对熔覆层的显微组织结构没有显著影响。
  在轮毂模具表面制备出Ni60A-1+6%S1C+5%MoS2(扫描速度为12mm/s)激光覆层,复合粉末覆层显微组织出现明显细化,硬度因晶粒细化和固溶强化出现明显提高,耐磨性提高,摩擦系数降低,综合性能良好。Ni60A-1+SiC+MoS2复合粉末进行激光熔覆的最佳工艺参数为:激光功率P=0.8KW,扫描速度Vs=12mm/s、SiC添加含量为6%、MoS2添加含量为5%,在此工艺参数下,能够制得性能较优的激光熔覆层,且覆层与轮毂模具形成了良好的冶金结合。
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