V法铸造模具的FDM增材制造工艺研究

采用FDM方式3D打印PLA模型方法替代传统数控加工V法造型用木模,分析了PLA模型的表面粗糙度、硬度、屈服强度、弹性模量、体积收缩率等性能对V法铸造工艺影响,试验表面FDM打印PLA模型能满足V法铸造工艺要求,既能保证铸件尺寸精度与表面质量,又降低了模具制作难度、缩短了模具加工周期、降低了材料成本,该方法具有很好的应用前景。     

扫描速度对激光选区熔融316L不锈钢表面粗糙度和力学性能的影响

采用选区激光熔融法在不同扫描速度下制备了316L不锈钢成型件,通过物相分析、金相观察、拉伸试验、维氏硬度试验和表面粗糙度试验,研究了扫描速度对成型件相组成、熔池形态、表面粗糙度、密度和力学性能的影响。结果表明,在不同的扫描速度下（800～1200 mm/s）样品均能成功打印。此外,随着扫描速度的增加,未重熔的熔池深宽比降低,表面粗糙度从5.78μm增加到22.79μm。当扫描速度为800 mm/s时,裂痕出现;当扫描速度超过1100 mm/s时,出现收缩纹路。当扫描速度为800 mm/s时,由于激光输入能量过高,样品具有较高的孔隙率。当扫描速度为900 mm/s时,样品具有最佳的维氏硬度（2401 MPa）和最高的相对密度（99.2%）。     

基于田口法的FDM3D打印机工艺参数能效优化方法

为研究工艺参数与FDM3D打印机能效耦合的复杂机理,提出一种基于田口法的FDM3D打印机工艺参数能效优化方法。通过设计田口法实验,采集了FDM3D打印机加工过程的能耗以及加工时间数据。采用信噪比分析实验数据,确定能耗和加工时间与工艺参数的关系。研究显示在实验范围内,较低的热床温度和喷头温度,以及较大的打印速度和分层厚度,可大幅减少FDM打印时间,有效降低FDM打印能耗。针对自行研制的FDM 3D打印设备,分别给出了面向最高能效和最高打印效率的优化工艺参数组合。     

基于工艺参数响应曲面的FDM 3D打印机能耗分析

熔融沉积技术(Fused Deposition Molding,FDM)在3D打印领域应用广泛,其能耗特性尚不明确,因此进行了FDM 3D打印机工艺参数对能耗的影响研究。通过设计响应曲面实验,采集了FDM3D打印机加工过程的能耗数据。利用实验数据生成响应曲面并作降维处理,分析各个工艺参数对能耗的变化趋势的影响,即随着热床温度的升高则能耗上升,随着打印速度、分层厚度的增大则能耗降低。获取较低的能耗需要尽可能地减少待机和加工时间,一方面要选择合适的热床温度和喷头温度,另一方面选择较大的打印速度和分层厚度。     

磁流变抛光光学表面加工面形控制技术研究

磁流变抛光是一种新型超精密光学表面加工方法。由于其抛光过程可控,磁流变抛光过程可以有效去除表面及亚表面破坏层,提高表面质量,修正元器件表面面形误差。抛光过程容易实现计算机数控,通过数控过程的合理设计,磁流变抛光过程可以有效地对球面及非球表面进行抛光加工。研究了实现面形修正的驻留时间算法,并对光学球面器件进行了试验加工,抛光后其表面面形误差2点峰谷值从0.17μm降低到0.07μm。     

SLM成型零件型腔内表面电解辅助磁粒研磨加工研究

为了去除选区激光熔化技术成型的零件表面缺陷和降低表面粗糙度,并寻求最佳的加工参数。从理论上解析电解辅助磁粒研磨的加工机理,利用仿真软件模拟加工区域的磁感应强度分布,设计Box-Behnken试验方案,先对材料为Ti6Al4V的钛合金工件表面进行电解钝化,后进行机械磁粒研磨,根据试验结果建立表面粗糙度的二次响应回归方程并对建立的数学模型进行方差分析,最后用响应面分析法分析主轴转速、磨料粒径、电解温度和电解电压对表面粗糙度的影响规律,得到最佳的加工参数,在最佳工艺参数下对磁粒研磨和电解辅助磁粒研磨的加工效果进行比较和分析。建立的回归方程调整后的拟合优度为92.14%,经过优化后的电解辅助磁粒研磨最佳加工参数如下:电解液为浓度16%的硝酸钠溶液,电解温度28℃,电解电压12 V,磨料粒径180μm,主轴转速1 100 r/min,使用磁粒研磨加工60 min后,工件表面粗糙度由原始的Ra 10.7μm降为Ra 0.52μm,使用电解辅助磁粒研磨加工60 min后,工件表面粗糙度由原始的Ra10.7μm降为Ra 0.354μm。使用电解辅助磁粒研磨可以有效去除选区激光熔化技术成型零件型腔内表面的缺陷,并降低零件的表面粗糙度,通过响应面分析法可以有效优化加工参数,使用电解辅助磁粒研磨加工比单一磁粒研磨加工的加工效果好,加工效率高。     

修整参数对陶瓷cBN砂轮磨削效果的影响

本研究采用陶瓷cBN砂轮加工冷激合金铸铁凸轮,采用金刚石滚轮对砂轮进行在线修整。通过改变修整量、滚轮与砂轮的相对移动速度、修整速比,得出修整参数对砂轮磨削效果的影响规律。研究结果表明,当修整量从5μm×4降低到5μm×3时,工件表面粗糙度从0.25μm增大0.27μm,但仍可满足加工表面粗糙度要求,而砂轮修整量减少1/4,砂轮使用寿命延长;滚轮与砂轮的相对移动速度从0.1 mm/r增大到0.15 mm/r时,工件表面粗糙度值Ra从0.354μm上升到0.452μm,砂轮耐用度从750个工件降低到480个;修整速比增大,工件磨削表面粗糙度增大,当修整速比从0.61增大到1.35时,工件表面粗糙度值Ra从0.2μm增大到0.63μm。     

Si3N4陶瓷轴承套圈端面磨削实验及表面质量分析

目的 确定加工氮化硅陶瓷轴承套圈端面的最优磨削加工参数,并构建表面粗糙度的预测模型.方法 首先,使用双端面磨床对氮化硅陶瓷轴承套圈进行多组单因素实验,实验设置的2个变量分别为砂轮转速和砂轮进给速度,并对两变量分别设置4个加工参数水平,以分析砂轮进给速度和砂轮转速对加工后表面质量的影响;再利用MATLAB中的工具箱,构建表面粗糙度预测模型.结果 通过实验得到最优的加工参数(砂轮转速为1400 r/min,砂轮进给速度为200μm/min),最优的表面粗糙度达到0.0827μm,符合工程中对高精度全陶瓷轴承端面的质量要求.建立了预测模型,并对该预测模型进行了优化,优化后的预测模型较实际测量的表面粗糙度Ra绝对值最小的相对误差为–0.56％,预测值与实际测量的表面粗糙度值的最大误差为0.0113μm.结论 表面粗糙度与砂轮转速和砂轮进给速度呈负相关,从实验结果与预测模型中可以看出,随着砂轮转速和砂轮进给速度的提高,表面粗糙度呈下降趋势.磨削氮化硅陶瓷轴承套圈的端面时,适当提高砂轮转速和砂轮进给速度有助于降低表面粗糙度,提高表面质量.     

基于田口法的TN60刀具加工件表面质量影响因素的研究

TN60金属陶瓷刀具具有硬度高、耐磨好、摩擦系数低和抗热变形能力强等特点。为了研究此材料刀具加工零件成型表面质量,运用Minitab软件设计了三个切削加工试验,分别从切削参数、刀具参数和切削液浓度三个方面对成型表面粗糙度的影响进行分析。试验1表明,切削参数在v_C=442.112 m/min、f=0.08 mm/r、a_p=0.2 mm时,加工零件成型表面粗糙度值最低为R_a=0.902μm;试验2表明,采用试验1粗糙度值最低的切削参数,刀具参数刀尖角ε_r=60°、刀尖圆弧半径r=0.8 mm时,加工零件成型表面粗糙度值最低为R_a=0.6μm;试验3表明,采用前两个试验表面粗糙度值最低的切削参数和刀具参数,切削液浓度在12.5%时,加工零件成型表面粗糙度值最低为R_a=0.522μm。优化切削参数和刀具参数并合理使用切削液,TN60刀具可以实现以车代磨对零件进行精加工。     

FDM技术在熔模铸造生产中的运用

ProCAST模拟软件和3D打印技术可以用于熔模铸造新产品开发,有效改善成本高、周期长的现状。首先,采用UG软件建立零件和浇注系统三维模型,运用ProCAST软件对零件的工艺方案进行模拟;其次,采用FDM成型工艺ABS材质打印零件模型,并将ABS模型和蜡质浇注系统组树;最后,通过熔模铸造制壳、脱蜡、焙烧、浇注等流程制备铸件,用三坐标测量仪和粗超度仪检测铸件。结果表明,该工艺铸件尺寸精度达到CT6,表面粗糙度低于Ra6.8μm以下。     

复杂曲面飞机结构件表面质量问题溯源试件研究

针对复杂曲面零件表面质量问题溯源耗时长问题,设计表面质量测试件,提出基于试件的零件表面质量问题解耦优化方法,建立五轴联动数控机床机电耦合特性向表面质量测试件的解耦映射,实现了零件表面质量问题的快速溯源。结合弱刚度环节机械调整和控制参数整定方法,将零件表面粗糙度由R_a1.6~3.4μm降低至R_a0.8μm,实现了表面质量的有效提升。     

氮化硅陶瓷磨削表面质量的建模与预测

目的提升氮化硅陶瓷加工质量和效率,提高粗糙度模型预测精度。方法提出塑性与塑-脆性去除转变临界切深hc1和塑-脆性与脆性转变临界切深hc2,然后对原有模型进行修正,并引入塑性去除粗糙度修正系数φ1、τ1和塑-脆性去除粗糙度修正系数φ2、τ2,建立基于不同去除方式的粗糙度Ra预测模型,后通过磨削实验对系数进行求解,并得出磨削参数对粗糙度和表面形貌的影响。结果塑性去除粗糙度修正系数φ1=5.872×10^-6、τ1=0.1094,塑-脆性去除粗糙度修正系数φ2=1.299×10^-5、τ^2=0.1582。砂轮线速度vs由30 m/s增大到50 m/s,粗糙度Ra由0.366μm减小到0.266μm,去除方式由脆性断裂向塑性变形转变,表面质量变好。磨削深度ap由5μm增大到45μm,粗糙度Ra由0.252μm增大到0.345μm,去除方式由塑性变形向脆性断裂转变,表面质量变差。工件进给速度vw由1000 mm/min增大到9000 mm/min,粗糙度Ra由0.227μm增大到0.572μm,去除方式由塑性变形向脆性断裂转变,表面质量变差。模型预测值与实验值的相对误差δ在2.1%~8%之间。结论在加工中应控制磨削深度和工件进给速度,适当提高砂轮线速度,以保证加工精度和效率。基于不同去除方式的粗糙度预测模型,可较为精准地预测实际加工情况。     

基于神经网络遗传算法的磁粒研磨TC4材料工艺参数优化

目的利用磁粒研磨光整加工技术提高TC4材料的表面质量,使用BP神经网络建立加工工艺参数和表面粗糙度之间的关系,使用遗传算法寻找最优工艺参数组合。方法使用双级雾化快凝法制备的金刚石磁性磨料对TC4材料工件进行L9(34)正交试验,借助Matlab软件建立结构为4-12-1的BP神经网络,根据正交试验结果训练BP神经网络,探究工艺参数主轴转速n、加工间隙δ、进给速率v、磨料粒径D和表面粗糙度Ra之间的关系。使用决定系数R2评判BP神经网络训练结果,基于训练好的BP神经网络使用遗传算法对工艺参数进行全局寻优。使用计算得到的优化工艺参数进行试验,并测量工件表面粗糙度,与计算得到的表面粗糙度做对比。结果BP神经网络的预测误差在1.5%以下,通过决定系数R2优化的模型可在训练样本较少的情况下进行有效可靠的预测。遗传算法优化的结果,在主轴转速为1021.26 r/min、加工间隙为1.52 mm、进给速率为1.04 mm/min、磨料粒径为197.91μm下,获得最佳表面粗糙度,为0.0951μm。使用调整后的工艺参数,在主轴转速为1020 r/min、加工间隙为1.50 mm、进给速率为1.0 mm/min、磨料粒径为196μm下,试验得到的表面粗糙度为0.093μm,与计算得到的最佳表面粗糙度误差为2.21%。结论采用磁粒研磨光整加工技术与寻优参数结合,可以有效提高TC4材料加工后的表面质量。     

Feed speed scheduling method for parts with rapidly varied geometric feature based on drive constraint of NC machine tool

As the existence of rapidly varied geometric feature and during the NC manufacturing process of this kind of parts, the actual moving speed of the workbench of the NC machine tool cannot reach the feed speed set in the NC program timely due to the drive constraint of NC machine tool. Furthermore, the machine tool would vibrate violently with the drive constraint when employing the constant machining parameter to process the parts with rapidly varied geometric feature, which seriously restricts the improvement of processing this kind of parts with high quality and high efficiency. In order to manufacture such parts with high quality and high efficiency, a sub-regional processing method with variable machining parameters is proposed. Firstly, the generation mechanism of the machining error is studied, and its mathematical model is built. Then the change rule of the machining error influenced by the curvature and the NC programmed feed speed is found out. Finally, taking the drive constraint and the machining error requirement into account, the relationship between the programmed feed speed and the curvature is established, and the corresponding programmed feed speeds to different curvatures are obtained. Taking the NC machining of the edge line of spiral microstrip antenna, which is an equiangular spiral, for example, the experiment results show that compared with the machining result with constant machining parameter, the maximum machining error of the sub-regional processing method with variable machining parameters decreases by 35.51% and the average value of the machining error decreases by 46.65%. For another example, the clover rose line is machined and the processing quality is also improved. This study proves that the method distributing the programmed feed speeds based on the curvature variation can improve the machining precision and ensure processing efficiency, and provides an effective method to manufacture parts with rapidly varied geometric feature.     

18CrNiMo7-6钢研抛工艺试验研究

探究研抛工艺参数对工件材料去除率和表面粗糙度的影响。以砂纸和金刚石喷雾抛光剂为研抛介质,通过正交试验研究砂纸细度、研抛压力、研抛速度、研抛时间对18CrNiMo7-6工件材料去除率和表面粗糙度的影响。采用三维形貌仪、千分尺、电子天平和超景深显微镜对18CrNiMo7-6工件的表面粗糙度、厚度、质量和表面形貌进行测量分析,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,得到最佳的研抛工艺参数组合。在最佳工艺参数组合下,砂纸研磨工件的材料去除率为0.86μm/min,表面粗糙度为Ra0.048μm,金刚石抛光剂抛光后工件表面粗糙度为Ra0.024μm。砂纸研磨最佳工艺参数为:砂纸细度800#,研磨压力0.2MPa,研磨速度30rpm,研磨时间30min。抛光最佳工艺参数为:抛光压力0.2MPa,抛光速度30rpm,抛光时间15min。     

预测数控加工表面粗糙度的解析模型研究

解析模型是基于刀具切削刃包络面形成的原理来研究零件表面形貌的形成.在解析模型的基础上研究球头刀铣削过程的零件表面生成机理、分析影响加工表面粗糙度大小的因素以及表面粗糙度的趋势,进而预测表面粗糙度,有助于数控加工条件的最优化.本文利用计算机图形学算法进行建模,该模型能够仿真已加工表面轮廓的形成和表面形貌的可视化、预测表面粗糙度和评估加工过程参数的合理性.     

超声辅助电解磨削GH625微小孔工艺研究

超声振动辅助电解磨削加工技术是一种以超声振动作为辅助、电解磨削为主要加工方式实现零件精加工的新型加工技术.为获得更高表面质量的管电极微孔,首先利用单因素法对GH625材料进行管电极打孔,初步得到最小平均锥度0.043°的微小孔,然后通过正交试验研究脉冲电压、电解液浓度、主轴进给速度、阴极转速对加工微小孔锥度和表面质量的...     

灰色关联改进TOPSIS的二维超声挤压表面质量研究

目的获得二维超声挤压最优工艺参数,并研究工艺参数以及其交互作用对工件表面质量的影响。方法采用正交试验法对7075-T651铝合金进行二维超声挤压加工试验,运用熵权法确定表面粗糙度和显微硬度的影响权重,结合灰色关联法和TOPSIS法构建最优表面质量评价模型,以此获得最佳表面质量时的最优工艺参数,并基于极差分析获得工艺参数以及其交互作用对工件表面质量的影响结果。结果经二维超声挤压加工后,零件表面粗糙度值显著降低,表层显微硬度大幅提高,建立的评价模型可准确获得最优工艺参数。结论最优工艺参数为:静压力300 N,挤压速度30 m/min,进给量0.1 mm/r。此时表面粗糙度Ra值约为0.41μm,显微硬度约为378HV。工艺参数间的交互作用对零件表面粗糙度、显微硬度和表面综合质量的影响远大于主效应,对表面综合质量起主要影响作用的是挤压速度分别与静压力、进给量间的交互作用。     

叶片进排气边抛光工艺及其参数优化

叶片是航空发动机关键零部件之一,具有复杂的几何形状、极高的几何精度和表面质量要求.其中,叶片进排气边作为影响整机性能的关键区域,其较小的半径尺寸、急剧的曲率变化使得数控自动化抛光难以实现.为此,提出一种采用电镀超硬磨料柔性抛光轮定轨迹抛光的方法.通过优化线速度和预压量等抛光工艺关键参数,建立相应的抛光去除量和表面粗糙度...