先驱体陶瓷材料3D打印机螺杆挤出装置的设计与优化

针对陶瓷材料硬脆性带来的难以切削加工技术瓶颈,开发了一种可用于3D打印先驱体陶瓷材料的工艺——热固沉积成型工艺(thermo-setting modeling,TSM),基于此工艺,设计并优化了先驱体陶瓷材料3D打印机螺杆挤出装置.首先,确定了先驱体陶瓷材料配比并进行材料性质测试,提出热固沉积成型工艺.其次,设计了先驱体陶瓷材料螺杆挤出装置并进行初步打印实验.再次,通过ANSYS Fluent仿真分析螺杆挤出装置在打印过程中内部流场的变化情况并为优化设计提供依据.最后,对螺杆挤出装置进行优化设计,为了得到更高的打印精度,将原有的0. 6 mm喷头直径缩小至0. 5 mm;仿真分析发现,将螺杆转速由40 r/min提高至60 r/min,螺杆外径与机筒内壁的间隙由0. 50 mm缩小至为0. 25 mm,可使打印效率提高49. 1%,并通过打印实验进行验证.结果表明,该螺杆挤出装置能够满足3D打印精度和效率要求并能打印出形状复杂的先驱体陶瓷零件,为陶瓷材料零件的成型加工提供了一种途径和方法.     

面向光固化3D打印技术的汽车车身整体化制造及层厚优化

针对油泥模型技术所普遍存在的制造周期长以及精度难以控制的问题,将光固化3D打印技术运用于汽车车身整体化制造中.实验结果表明:3D打印技术可使工作周期压缩至几天,并且适合于对产品外型进行有效评估,提高汽车车身整体化制造的效率,最终降低企业研发成本.借助UG和Magics软件,提高设计参数选择的灵活性,实现汽车车身的三维建模以及STL文件的导入.基于影响成形件精度的因素有光斑直径、扫描间距、扫描速度、分层厚度等,根据汽车车身轮廓以曲线为主的特征,推导出基于贝塞尔曲线的最佳分层厚度计算方法,达到层厚优化的效果.     

65Mn钢激光表面强化工艺参数研究

目的 研究激光强化工艺参数对65 Mn旋耕刀基体显微硬度的影响,以表面硬度和磨损量为表征参数,寻求最佳工艺参数.方法 采用设计正交实验方法确定激光参数、激光功率、扫描速度和光斑直径变化区域.通过激光强化区的金相组织和表面显微硬度,确定影响因数的大小.结果 激光影响区的金相组织主要为马氏体,影响表面硬度的参数主要是激光功率,其次是扫描速度,而光斑直径影响最小.结论 当激光功率1 200 W、扫描速度20 mm/s,光斑直径2.5 mm,强化区的显微硬度达到最大值.     

陶瓷3D打印机喷头结构设计与仿真分析

为了克服现有陶瓷打印喷头不能连续进料的缺点,根据陶瓷3D打印机高精度和连续上料的要求,对陶瓷3D打印机的喷头挤出系统进行结构设计,提出一种可连续进料、持续打印的陶瓷3D打印机喷头挤出系统,并利用流体力学相关理论知识以及ANSYS Fluent流体仿真软件对挤出过程进行数值模拟.仿真分析结果表明:喷头出口流速约为1.79 mm/s,能够满足较高精度的打印需求;流体内部压强分布合理;关键部件螺杆受力在许用范围内;流体流线场光顺无交叉,在螺杆螺槽处能够顺畅流动.     

陶瓷坯体3D塑性成形及原料性能研究

适用于各类陶瓷材料的3D打印技术及装备成为研究热点.本文提出了一种适用于陶瓷洁具及陶瓷艺术品坯体成形的陶瓷3D打印新技术—挤出堆积成形技术.采用塑性陶瓷泥料进行挤出堆积试验.通过改变陶瓷泥料含水率及甲基纤维素含量,研究挤出泥料的可塑性和坯体抗弯强度,以此为基础,通过选择打印装备及打印系统,调试打印参数,利用陶瓷泥料打印测试,最终实现了复杂造型的陶瓷坯体3D塑性成形.     

选择性激光熔化AlSi10Mg合金组织形貌及其拉伸性能

在不同激光功率、扫描速度等工艺参数条件下,使用选择性激光熔化设备(SLM100)3D打印成型Al Si10Mg合金拉伸试样,采用Olympus BX5光学显微镜与JEOL JSM-6490LV型扫描电子显微镜观察成型试样的显微组织形貌,研究激光功率、扫描速度对试样拉伸性能的影响。结果显示:成型试样的显微组织呈鱼鳞状或长条状,相互搭接且组织尺寸较小;在激光功率为190 W时,试样抗拉强度随扫描速度降低而增大,当扫描速度为800 mm/s时抗拉强度最高可达371 MPa,固定此扫描速度,抗拉强度随着功率增大而增大;试样的断裂方式为准解理断裂;保持激光能量密度不变,采用高功率、高扫描速度(320 W,1 600 mm/s)成型的试样抗拉强度更大,达到451 MPa。     

陶瓷3D打印机结构设计与运动学分析

为克服现有陶瓷打印机不能连续进料的缺点以及整机质量较重、精度和稳定性不足等弊端,基于Delta结构设计出一款陶瓷打印机,并对机体位置正逆解、速度和加速度进行分析,建立位置正逆解和速度、加速度方程,将三维模型导入ADAMS软件,结合具体算例进行仿真分析.结果表明:仿真结果与数学模型一致,打印终端在X、Y、Z 3个方向上的最大速度分别为31、18、38 mm/s,在X、Y、Z 3个方向上的最大加速度分别为30、45、45 mm/s2,验证了位置正逆解和速度、加速度数学模型的正确性,优化了陶瓷打印机打印终端的运动特性,避免打印过程中出现急停、速度突变等情况,实现了平稳打印.     

Si3N4/（Cu，Nb）/Ni/Inconel600高温合金部分液相扩散连接接头的组织与力学性能

为了在较低的连接温度、连接压力和连接时间下获得高温稳定性好的陶瓷/金属接头，通过设计非对称中间层（Cu，Nb）/Ni，在连接温度为1403K/1373K，连接时间为50min，连接压力为7.5MPa，冷却速度为10K/min的工艺条件下，采用真空扩散连接设备，进行了Si₃N₄/Inconel600高温合金接头的部分液相扩散连接（Partial Liquid Phase Diffusion Bonding，PLPDB）.接头的强度通过剪切试验评价，接头组织形态采用扫描电子显微镜（SEM）进行了观察和分析.实验结果表明，Cu，Nb配比、（Cu，Nb）层的厚度和连接温度影响接头的组织形态、强度与断裂.在连接温度为1403K时，Cu，Nb配比增加，接头中的孔洞缺陷减小，接头强度提高，断裂位置从陶瓷/中间层界面向陶瓷转变.当连接温度为1403K，Cu，Nb配比为10，(Cu,Nb)层厚度不超过0.2mm时，随着(Cu,Nb)层厚度的增加，接头强度提高.当连接温度从1403K降到1373K时，接头强度明显提高.     

材料力学性能对摩擦润滑性能的影响

建立了理想工况下的点接触数学模型,用光学测量方法对模型进行了验证.研究了钢、铜、铝及复合材料形成摩擦副时,材料的力学性能对摩擦润滑性能的影响.当外加载荷为80 N时,卷吸速度由1 mm/s增加至10 000mm/s的过程中,综合对比了不同摩擦副材料形成的接触区域最大压力、中心油膜厚度和最小油膜厚度等摩擦润滑性能参数之间的关系,并分析了这些参数随速度的变化关系,引入压力峰值比来判断二次压力峰的变化.     

基于响应曲面法的板料渐进成形最大减薄率预测与分析

以典型方锥台件为成形对象,考虑了层间步距、板材厚度和工具头直径3个工艺参数,首先,使用Box-Behnken方法设计了15组实验,并使用超声波测厚仪获得成形件侧壁上沿深度方向的厚度变化趋势。测得的数据表明,在渐进成形过程中厚度变化并不是一直遵循正弦定律的,而是出现了过度减薄的现象。然后,应用响应曲面法建立了3个工艺参数与制件的最大减薄率之间的二阶响应曲面模型,分析了3个工艺参数独自及其相互作用对最大减薄率的影响。研究结果表明,最大减薄率随工具头直径的减小和步距的增大而增加,但受板材厚度影响较小。最后,以获得最大减薄率的最小值为目标优化工艺参数,得到了最优工艺参数组合:层间步距为2mm,板材厚度为1.27mm,工具头直径为10mm。研究结果对避免渐进成形件过度减薄及提高成形质量具有指导意义。     

3D打印成型技术及工艺参数优化设计

近年来3D打印技术的逐层堆叠成型原理使其更加灵活,越来越受到人们的重视,成为一个新的研究热点。从成形质量出发,探究熔融沉积成型3D打印技术的最优工艺参数,重点介绍设备工艺原理和工艺流程,总结了打印温度、打印速度、打印层高、填充角度和填充密度对成形质量的影响,通过对试样的力学性能分析和样件质量,得到了3D打印技术的工艺参数优化方案。并以氧气瓶模型设计为实例说明可以通过3D打印参数完善不同制件的应用需求。     

两墨辊对滚时油墨流场及油墨转移率变化

为提高印刷品的质量,了解油墨传递过程中油墨的运动,对两墨辊对滚进行了流体计算模拟,分析了墨辊对滚时油墨流场速度和压力的变化.在此基础上,提出了一种计算墨层厚度,得到油墨转移率的方法.根据该计算方法计算出不同条件下的墨层厚度及油墨转移率,分析了两墨辊对滚时的转速、墨辊直径和接触前墨层厚度对油墨流动及油墨转移率的影响.结果表明:油墨转移率随墨辊转速的增加、墨层厚度的增大而增大,随墨辊直径的增大而减小.     

油田井口蒸汽干度的影响因素分析

井口蒸汽干度是油田热力开采稠油的重要参数之一,运用VB6.0开发了井口蒸汽干度计算软件,并利用实验测量数据验证了软件计算的准确性。系统分析了影响井口蒸汽干度的结构参数(管线外径和绝热层厚度)和操作参数(蒸汽温度、蒸汽压力和管道入口蒸汽流量)及其变化规律。研究结果表明,井口蒸汽干度随着绝热层厚度和管道入口蒸汽流量的增大而增大,随着管线外径、蒸汽温度和蒸汽压力的增大而减小。其中,绝热层厚度对井口蒸汽干度的影响最大,当绝热层厚度大于60 mm小于80 mm时,其厚度每增大20 mm,井口蒸汽干度约升高0.12%。     

Orthogonal tests of lead-clad tin bimetal continuous casting by air pressure core-filling

To provide theoretical basis and practical guidance for preparing composite rods of external diameter no larger than 12 mm by directly continuous casting, low melting point materials of lead and tin were selected to prepare composite rods of external diameter 12 mm and inner diameter 8 mm with air pressing core filled continuous casting process. The orthogonal tests consisting of three factors and three levels were designed to investigate the parameters of melting lead temperature, continuous casting speed and air pressure that affect the performance of the composite rods. The results show that melting lead temperature is the most important factor that influences the solid/liquid interface location; continuous casting speed is the most important factor that influences the surface quality and lead and tin inter-diffusion amount; air pressure can improve the surface quality obviously and make the rods easily drawn out, but the surface quality cannot get obvious improvement when the air pressure is above 0.03 MPa. The composite rods have excellent surface quality, obvious intermediate layer, even thick clad, and metallurgical bonding interface under the condition of melting lead temperature of 375 °C, continuous casting speed of 10 mm/min, and air pressure of 0.03 MPa.     

应力吸收层贯入试验数值分析与试验方法评价

为了评价应力吸收层沥青混合料的抗剪性能,对应力吸收层沥青混合料进行了不同温度下抗压回弹模量试验和贯入试验的数值分析,分析了试件规格、压头大小、矿料级配等对试验结果的影响.根据数值分析和室内试验结果,验证了应力吸收层沥青混合料贯入试验的可行性,得到适宜的试验条件.分析表明:采用直径和高度均为100 mm的圆柱形静压试件和直径19 mm的压头进行贯入试验时,试验数据稳定,可有效区分应力吸收层矿料级配的优劣.研究成果为应力吸收层沥青混合料的质量评价提供了理论和试验依据.     

Effects of spinneret structure on poly-ether-ether-ketone fibers by screw extrusion

According to the characters of poly-ether-ether-ketone (PEEK) plastic, the spinnerets with three kinds of different structure were designed. The effects of spinneret structure on the melt spinning conditions, melt flow instability of the screw extrusion, and the performance of PEEK fibers were studied. The results show that the appropriate screw extrusion temperature is 370-385℃. The PEEK fibers extruded using the spinnerets with L/D=6,8 holes and 0.5 mm in diameter have better performances. The performances of PEEK fibers are related to the diameter of the spinneret hole. Increasing the L/D value of the spinnerets can not always improve the surface quality and the performances of PEEK fibers. The extrusion pressure is about 50% of that of the spinneret with 12 holes and 0.3mm in diameter.     

大直径薄壁管滚珠旋压成形数值分析

应用DEFORM-3D软件建立了GH4169薄壁管滚珠旋压成形的三维有限元模型,对影响滚珠旋压加工的关键工艺参数进行模拟。分析了进给比、滚珠直径和减薄率对筒形件成形质量的影响。模拟结果表明,对于大直径（300mm）薄壁管材滚珠旋压成形,合理的工艺参数为进给比1.2mm/r～1.5mm/r,滚珠直径为15mm～18mm,减薄率为30%。此时工件壁厚均匀,旋压力小,旋压成形过程稳定.     

前筒挤压成形方案分析与参数优化

为获得较好的前筒成形效果,对前筒的挤压成形方案及工艺参数进行研究。利用实际生产加工经验和理论对前筒的5种挤压成形方案进行对比分析,得到最优方案; 利用DEFORM-3D软件对最优方案进行实际加工过程的仿真,并以正交试验进行数据处理分析,获得最佳工艺参数。分析结果表明,第5种方案最优,即在压形时,将小端挤出26 mm,在复合挤压时将内孔挤出7 mm深度。仿真结果显示:压形过程中的最佳工艺参数是摩擦因数0.15、成形速度10 mm/s、凹模的硬度63 HRC; 复合挤压过程中的最佳工艺参数是摩擦因数0.08、成形速度10 mm/s、凸模的硬度63 HRC。本研究对前筒的实际生产加工具有一定指导意义,也可为其他前筒类零件的生产加工提供参考。     

基于流固耦合的两墨辊对滚的研究

为了提高胶印印刷质量,了解油墨传递过程及油墨传递特性,运用流固耦合算法,对油墨传递的初始时刻进行计算模拟.分析了油墨通过2个相互挤压墨辊的过程及在油墨压力与墨辊间压力共同作用下胶辊的变形和墨层有效厚度,得到油墨流动通道及油墨转移率.根据该分析方法,计算出不同条件下油墨的流动通道和油墨转移率,分析两墨辊对滚转速与墨辊间压力对油墨转移率的影响,并讨论了胶辊的运动机理,得出胶辊的运动是由于油墨的黏性力及硬辊对胶辊的推力共同作用的结果.