复杂工件夹紧力作用区域的规划算法

在机械加工过程中,工件受到切削力、切削扭矩等外载的作用,这将破坏工件定位时所获得的合理位置,甚至会导致生产事故的发生。因而必须对工件施加合理的夹紧力以保证其在整个加工过程中具有稳定性。为此,以工件稳定性为核心,提出了复杂形状工件的夹紧力作用区域确定算法。基于虚功原理和线性规划技术,建立了工件稳定性的判定算法;基于表面网格离散化方法,按照一定方向逐次分析各个节点处的工件稳定性,建立了夹紧力作用区域的确定算法。该方法不仅能够验证夹紧力大小的可行性,而且还能够用来指导夹紧力作用点位置的合理设计。     

基于夹紧性能迭代分析的夹紧力与夹紧点一体化离散设计方法

为了保证工件加工过程的顺利进行,往往采用多重装夹对工件提供合理的夹紧力。因此,需要通过构建工件的装夹模型及其解的存在性分析方法,实现多重装夹布局夹紧性能的判断。将夹紧表面网格化为候选夹紧点的集合,自具有力封闭的第1个候选夹紧点开始,以一定步长选取相邻的两个夹紧力。根据二者力可行的异同,确定当前步长的递减系数,直至步长递减至阈值之内获取当前夹紧点的夹紧力。如此遍历至最后1个具有力封闭的节点,实现“1-夹紧力”的规划。在描述n重夹紧力为1个极径和n-1个极角函数的基础上,将n-1个极角离散为候选微角的集合。在具有力封闭的各个微角处,利用“1-夹紧力”规划算法完成“n-夹紧力”的计算。利用“n-夹紧力”规划方法和力学解析法分别计算典型二重装夹布局的夹紧力,结果表明：二者最大相对误差仅为0.979%. 通过引入离散化思想,将连续型多重装夹设计问题转化为离散型夹紧性能分析问题,不仅适合于形状复杂的工件,而且有利于自动化夹具设计的实现。     

平面曲线端铣加工过程铣削力的建模与预测

针对平面曲线端铣加工过程,提出一种考虑瞬时进给方向的铣削力预测方法。铣削加工时每齿进给量、切入/切出角以及瞬时切屑厚度等铣削参量随着曲线曲率的改变而变化,将单个频齿周期内的曲线加工过程看做是一系列铣削条件恒定的微小稳态加工过程,建立了等效进给量、切入/切出角的矢量计算模型,通过计算每一微小阶段的铣削参量,推导了平面曲线端铣中基于傅里叶级数展开的铣削力模型。以PCrNi3MoVA钢为工件材料,分别进行圆弧和Bezier曲线端铣加工试验,试验结果表明,预测的铣削力在幅值和变化趋势上与试验测量结果吻合良好,验证了该铣削力预测方法的有效性。     

基于“回”型阴极屏蔽板的平面电铸件厚度分布均匀性研究

为进一步提高大面积平面电铸件厚度分布的均匀性,提出一种改进型电铸工艺——阴极加设“回”字型屏蔽板并做周向等幅平面运动,并对此进行了数值分析与实验研究。研究结果表明：“回”字型屏蔽板结构参数与位置参数对阴极电流密度分布有很大影响,采用改进型电铸工艺能显著改善电铸层厚度的分布特性,基于新工艺制备约为100 μm厚的电铸层（大小70 mm×70 mm） 的厚度差小于8%.     

基于光滑粒子流体动力学法单颗磨粒超声辅助磨削陶瓷材料的磨削力仿真研究

为了揭示轴向超声振动对磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力影响机制,利用光滑粒子流体动力学（SPH）法对单颗金刚石磨粒磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力进行仿真,提出在单颗磨粒模拟磨削中应将平均未变形切屑厚度作为磨削深度。通过分析轴向超声振动振幅与磨粒速度对平均未变形切屑厚度的影响,发现平均未变形切屑厚度随着超声振动振幅的增加而减小、随着磨粒速度的降低而减小。仿真结果表明：与普通磨削（CG）相比,轴向超声振动能够有效降低磨削力;随着超声振动振幅的增加磨削力降低比率增大;在相同磨削参数下,磨粒切削SiC陶瓷时磨削力大于切削Al₂O₃陶瓷的磨削力。     

TC4铣削加工的刀具磨损与切削力和振动关系研究

采用AlCrN涂层整体硬质合金立铣刀铣削TC4钛合金,测量周刃磨损量、切削力和切削振动。使用扫描电镜（SEM）观察刀具磨损形貌,应用能谱分析的方法研究刀具失效表面元素的分布规律。在揭示磨损机理的基础上,进一步探讨刀具磨损对切削力、切削振动的影响规律,为实现钛合金加工刀具磨损状态的在线检查提供理论和技术支持。研究表明：前刀面主要出现机械裂纹、热裂纹、粘结磨损和氧化磨损,后刀面出现机械裂纹、粘结磨损和氧化磨损;整体上,切削力和振动随着磨损量的增大而增大,但不同磨损状态对切削力和振动的影响不同。     

芳纶纤维增强复合材料低温铣削研究

为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。 为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。     

薄壁球壳真空吸附装夹变形力学分析与控制

针对标准铝合金薄壁球壳零件的装夹变形问题,建立球壳变形的数学理论模型以及有限元仿真模型,实现了薄壁球壳真空吸附装夹状态的理论分析与仿真优化。明确了真空负压与装夹位置对球壳变形的影响;基于球壳与吸具之间的装夹位置关系,完成了吸具主要尺寸参数的优化设计。优化后吸具样件的测量结果表明,通过控制真空负压以及改变装夹接触位置,可以有效减小球壳的装夹变形,进而提高其加工的尺寸精度。     

镍基合金蜂窝材料冰固持条件下的超低温铣削研究

由于低刚度航天用薄壁镍基合金蜂窝材料在机械加工后常伴有卷曲、开焊、塌边等缺陷,故需改进其固持和加工方法。将该材料进行冰固持方法处理,采用数控铣床进行高速超低温加工。分析蜂窝铣削性能和加工缺陷产生原因,揭示冰固持超低温铣削机理。试验结果表明：相比于传统固持加工方式,冰固持超低温铣削后,蜂窝表面质量有很大提高,相关加工缺陷得到了有效抑制,切削深度对表面质量影响较大;获得了加工参数对铣削力影响顺序：切深最大,可提高3倍,其次为主轴转速,进给速度最小。该方法提高了蜂窝强度,改善了断屑方式。冰固持超低温工艺为面内径向等效强度小、低刚度薄壁金属蜂窝材料的高效加工提供了新方法。     

上机匣成形中的质量缺陷及对策

上机匣是直升机的关键零件,几何形状复杂,锻件足寸大,性能指标要求高,成形中容易产生粗晶、折叠、流线不顺等质量缺陷。本文采用纯铅为模拟材料,对上机匣成形方案进行了试验研究;利用等温精锻工艺,镶块式模具结构等,成功地锻制了上机匣锻件。其力学性能,显微组织和足寸精度均符合要求。     

基于刀具失效率的换刀策略研究

将影响机加工艺可靠性的主要因素刀具的失效率作为研究对象,将刀具的切削参数作为随机变量,以最大似然估计为基础,结合可靠性分析方法,建立机加工艺系统的动态可靠性数学模型,推导各工序刀具的失效率计算公式。在此基础上,以刀具失效率为判据,建立了如何确定被更换刀具的工序及换刀时间的方法。研究结果表明,当整体工艺流程系统可靠度低于某一阈值时,即可确定更换刀具的时间,再应用刀具失效率模型,就能够迅速找出失效率最大的工序所使用的刀具,并及时更换,从而确保刀具在失效之前满足工艺可靠性要求,最大限度地利用刀具,减少换刀次数,降低成本,从而保障整体工艺系统的高可靠性。     

用数据包络分析方法进行绿色制造过程评价

绿色评价技术是绿色制造的重要组成部分。通常使用层次评价法对评价对象、方法等进行评价,但是这种方法不适用于对产品的制造过程进行评价。针对产品的制造过程提出了绿色制造过程评价的数据包络分析(DEA)方法。把制造过程中的每个具体行为视为DEA方法中的一个决策单元(DMU),除了通常考虑的投入与产出外,也把制造过程的环境影响视为产出,评价制造过程的相对绿色有效性。DEA方法不须事先给定评价指标的权重,也可适应指定权重的情况。用DEA法可以有效反映在工艺装备与生产对象不变的情况下特定制造过程的绿色度持续性变化的过程。介绍了DEA方法在火药生产过程绿色评价中的应用。     

超声珩磨在发动机缸套光整加工中的应用研究

本文介绍了发动机缸套的新型加工工艺-功率超声珩磨的原理。特点,装置组成。关键技术,工艺效果以及其应用前景。