汽车冲压模具镶块螺钉与销钉快速设计算法研究与开发

镶块是冲压模具的基本结构,与其他部件之间通过销钉定位、螺钉紧固的方式进行装配。螺钉与销钉设计简单,但对设计质量和效率要求比较高。因此,提出了一种基于模具镶块结构的螺钉与销钉自适应快速设计算法。根据镶块的结构形状和大小,按照螺钉和销钉的孔距和边距要求,自动进行孔位布置,生成系列位置圆,且可以对圆的排布进行编辑和调整,并调用相应的螺钉和销钉标准件进行装配。该算法可实现在非平面复杂镶块上设计螺钉和销钉孔,而且还能依据镶块紧固厚度自适应选择相应螺钉和销钉规格。为了实现自动化设计,将该算法无缝集成到NX软件平台,开发了一套螺钉与销钉的自适应设计与装配系统。实例表明,自适应设计与装配可以显著提高模具镶块中螺钉与销钉的设计质量和效率。     

Scraping Morphology and Adhesion Morphology Analysis of Sealing Coating Based on Scraping TemperatureEI北大核心CSCD

为了探究航空发动机可磨耗封严涂层与叶片在高速刮磨过程中磨损和黏附情况,使用大气等离子喷涂方法制备 AlSi-PHB 中低温封严涂层,对其进行高速刮磨试验,并对涂层和叶尖形貌和黏附形态进行研究。通过高速转子试验台测得刮磨过程中径向力和切向力并拟合刮磨温度曲线。采用共聚焦显微镜和扫描电镜设备获取涂层和叶尖表截面形貌、EDS 面扫描能谱以及涂层表面粗糙度,采用高精度电子秤测得涂层和叶尖失重量并计算失重速率,进一步佐证刮磨温度变化趋势。结果表明：高速刮磨时的单次切削量影响涂层失重速率,且产生不同的刮磨温度,刮磨温度影响叶尖黏附物状态;叶尖黏附物形态进一步影响刮磨后的涂层表面形貌,最终影响涂层封严性能。对高速刮磨过程中涂层刮磨形貌和叶尖黏附形态进行定性和定量分析,可为判断不同刮磨形态对涂层使用性能影响提供参考。     

静电喷雾制备功能化表面膜层的研究进展

静电喷雾是一种高效且应用广泛的膜层制备技术,能够使微细粒子均匀分布,在微纳米材料加工制备领域表现出巨大的潜力.介绍了静电喷雾技术在制备功能化表面膜层的最新研究进展,总结了静电喷雾技术的优缺点.在静电喷雾机理与装置方面,详细阐述了泰勒锥液滴、微细射流及破碎雾化过程,分析了膜层在喷雾中的生长过程以及累积之后的内部变化,论述了膜层相组成和晶体结构的控制方式,介绍了液滴的带电方式和有无静电场的区别,对比了静电喷雾的多种装置及喷嘴类型;在氧化物膜层方面,介绍了金属氧化物膜层、非金属氧化物膜层、金属颗粒掺杂氧化物膜层,以及复合膜层的成膜条件、膜层相组成和晶体结构.归纳了多种功能的静电喷雾聚合物膜层,分析了静电喷雾在钠离子电池、锂离子电池以及钙钛矿太阳能电池中的应用.描述了含碳、硅等非金属无机物膜层的研究现状,探讨了静电喷雾参数对膜层结构的影响,以及膜层结构和性能的关系,并概括了多种膜层的厚度变化.最后,展望了静电喷雾技术的应用前景及发展趋势.     

基于C17200与34CrNiMo6材料的摩擦磨损特性与数值模拟研究

目的 探究干摩擦下载荷与速度对于C17200与34CrNiMo6材料摩擦学特性的影响,以探寻C17200材料作为风力机制动闸片的可行性,开展考虑表面粗糙度和接触压力分布不均因素的磨损深度的数值模拟。方法 以C17200与34CrNiMo6材料组成销–盘摩擦副,基于风力发电机的制动工况,利用试验探究其摩擦学特性与磨损机理。在ABAQUS中建立三维销–盘平面/平面磨损模型,设置不同载荷与速度,基于销–盘摩擦副理论模型与UMESHMOTION子程序,结合ALE自适应网格技术,对不同工况下的表面磨损深度进行数值计算,通过试验验证提出的理论模型的合理性。结果 在载荷为3 MPa时,随速度的增加,平均摩擦系数先减小、后增加,速度为125.664 mm/s时,平均摩擦系数取最小值0.575;在速度为62.832 mm/s时,随载荷的增大,平均摩擦系数近似线性增大。载荷为1.5MPa时,平均摩擦系数取最小值0.509。C17200与34CrNiMo6试样的磨损量随速度与载荷的增大而增大,但转速对于磨损量的影响更大。C17200与34CrNiMo6的磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。C17200材料磨损...     

石墨烯纳米片对D16T铝合金微弧氧化膜层结构与性能的影响

目的研究石墨烯纳米片对D16T铝合金耐磨耐蚀性的影响,为铝合金表面微弧氧化处理技术在油气领域的应用提供理论依据。方法利用微弧氧化技术在含与不含石墨烯的电解液中在D16T铝合金表面制备微弧氧化膜层,采用XRD、SEM、EDS分析了膜层相结构和表面形貌,测试了膜层的粗糙度和显微硬度,通过摩擦磨损和电化学实验研究了石墨烯纳米片对D16T铝合金微弧氧化膜耐磨性和耐蚀性的影响。结果微弧氧化膜层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,石墨烯的添加使Al2O3相的衍射峰值和衍射峰的数量增加,Al衍射峰明显降低;膜层表面平整,表面熔融颗粒较少,表面有大块团聚物堆积。膜层由外部疏松层和内部致密层组成,疏松层微孔数量和微裂纹较少,膜层厚度稍有增加,致密层厚度由不含石墨烯时的0.6μm增至1.6μm。含石墨烯的膜层容抗弧半径明显增加,Bode图中低频阻抗值由5×10^5Ω·cm^2提升至106Ω·cm^2,疏松层电阻由1.57×10^5Ω·cm^2增至1.98×10^5Ω·cm^2,致密层电阻由3.07×10^5Ω·cm^2提升至1.24×106Ω·cm^2;膜层自腐蚀电位由-0.53 V提高至-0.41 V,自腐蚀电流密度由3.15×10^-7 A/cm^2降低至3.97×10^-8 A/cm^2;膜层质量磨损量明显降低,摩擦系数减小,耐磨性增加。结论石墨烯纳米片通过放电通道进入膜层填充膜层中的孔和裂纹,部分石墨烯形成团状覆于膜层表面,使膜层更加平整、致密,膜厚增加,膜层耐磨性和耐蚀性得到明显提升。     

热轧无缝钢管控制冷却关键技术的开发与工业应用

在线控制冷却技术是热轧无缝钢管领域长期以来的重点攻关方向之一。采用有限元方法和中试试验验证,开发出合理的热轧钢管控制冷却喷环结构。结合产线特点,研制出控制冷却工艺布置和工业化装备。在此基础上,开发了钢管长度方向头端、尾端和内外壁的冷却均匀化控制策略,以及提高换规格时钢管控冷命中率的动态自适应算法,进一步提高了热轧无缝钢管在线冷却过程的控温精度和温度均匀性。工业生产应用表明,上述技术及装备满足了结构管、管线管、套管的在线控温冷却和直接淬火需要,实现了高质化、短流程工业生产,取得良好效果。     

基于DEFORM的冲头和刀口相对位置偏移量对模具及产品的影响

针对生产加工中出现的产品不良、冲头和刀口崩坏等现象,通过DEFORM仿真,分析了冲裁模具冲头与刀口的相对位置偏移量对模具和产品的影响,具体分析了模具冲头与刀口的相对位置偏移量对模具所受压力、冲头和刀口的疲劳强度、产品毛刺大小等几方面的严重危害,得出冲压模具冲头与刀口的相对位置偏移量对模具所受力的大小影响不大,但会降低冲头和刀口的疲劳强度、影响产品毛刺大小,降低产品生产效率和模具寿命,影响产品质量,并提出通过进行人工合模操作或通过使用合模机可以很好地改善冲头与刀口的相对位置偏移量,提高模具精度和产品质量。     

面心立方金属材料压入初期突变现象的位错机制

接触应力是引发金属构件形变与失效的重要来源之一。为了理解材料的力学行为与失效机制,研究者对接触条件下位错的产生与运动开展了大量研究。然而由于实验技术的限制,对接触初期塑性变形机理的认识仍较为薄弱。近年来得益于原位表征和高测试精度的优点,仪器化纳米压入技术被陆续地应用于研究材料接触初期变形行为,尤其针对面心立方结构(FCC)的金属材料,结合模拟分析与微观表征,大大促进了对相关位错行为的理解。因此,在简要介绍仪器化纳米压入技术的特点、模型及应用的基础之上,首先,介绍了纳米压入接触初期载荷-位移曲线的突变现象,讨论了其与位错行为的关系;其次,重点以面心立方金属材料为对象,从位错萌生和位错运动与反应两个方面分别介绍了二者与突变现象的关系,并结合文献报道,详细讨论了压入过程位错萌生的影响因素,以及位错运动与反应机制;最后,进行了总结和展望,提出借助多种先进实验和模拟方法的交叉使用,将有助于揭示接触条件下的位错行为,从而为仪器化纳米压入技术的发展和理解接触条件下金属材料的变形与失效提供理论基础。     

自动喂养机器人导航定位系统研究

盒养动物自动化喂养可以减少人工作业强度,降低人力成本,提高养殖的自动化水平,而自动喂养机器人的导航定位系统的研究是实现自动化喂养的关键。为此,研究了基于磁带和RFID标签的导航定位技术,设计开发了磁导航传感器的信息处理及导航纠正算法,以及利用RFID标签的站点定位技术,此外,对自动喂养机器人的避障系统进行了分析与设计。开发了自动喂养机器人导航定位控制系统,最后通过样机验证了导航定位算法的可行性和正确性,满足了自动化喂养的现场要求。     

纳米氧化铝掺杂酚醛/环氧聚合物基复合材料的制备及耐磨性能

目的 提高环氧树脂的耐磨性并改善其力学性能,探究纳米氧化铝掺杂酚醛/环氧复合材料的摩擦磨损行为并揭示其减摩耐磨机制。方法 以酚醛树脂(PF)改性环氧树脂(EP)为聚合物基体,将改性的纳米氧化铝(Nano-Al₂O₃)掺杂其中,制备不同配比的Nano-Al₂O₃掺杂PF/EP聚合物基复合材料。利用红外光谱仪(FTIR)对复合材料进行化学结构表征。通过泰伯磨损试验和硬度分析,对比不同含量Nano-Al₂O₃掺杂对PF/EP基复合材料耐磨性能的影响。借助扫描电镜(SEM)分析复合材料的断面形貌和磨损表面,探究复合材料的磨损机理和减摩耐磨机制。结果 FTIR测定证实了硅烷成功改性Nano-Al₂O₃,并参与到PF与EP的固化反应中。硬度分析及磨损试验表明,硅烷改性Nano-Al₂O₃和PF的加入都提高了复合材料的硬度和耐磨性。与纯EP相比,酚醛质量分数为30%,掺杂3%Nano...     

PS-PVD等离子射流特性的光谱诊断研究进展

等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）作为一种新型喷涂技术融合了气相沉积与喷涂工艺两者的优点,其射流特性决定了涂层的结构与性能。光学发射光谱法（OES）作为一种等离子射流特性诊断技术,能实现射流特性原位检测,是判断射流内气化现象的有力手段。文中介绍了粉末送入前后及射流接触基体后射流特性的变化,展示了局部热力学平衡（LTE）假设及展宽理论下射流中各粒子状态的计算,探索了射流不同区域的传质传热等活动。Ar/He具有最高的温度,Ar具有高焓值对粉末的加热起主要作用,He凝聚射流能量对粉末的加热气化起关键作用,H₂会扩展射流宽度降低射流温度易形成带有致密层的柱状结构。结合射流数值模拟和射流光谱图可知,喷枪内复杂的热交互作用是粉末加热的主要原因,喷嘴处膨胀/压缩区发生热能与动能的交替转换,而射流中后段由于低压与高温继续发生气化现象,达到峰值后射流处于冷凝降温阶段,部分气相原子凝聚成团簇状粒子。文中还总结了功率、电流和送粉率等对等离子射流特性的影响等。     

钢基体表面TIG铜堆敷层泛铁规律分析

采用HS201铜焊丝在35CrMnSiA钢基体表面进行TIG堆焊工艺试验,研究了堆覆层泛铁量的变化,分析了界面层微观组织,对铜堆敷层中泛铁的分布、形态的发展演变以及泛铁量规律进行了较为系统的研究.结果表明,随着堆焊电流的增大,堆敷层内溶解的铁逐渐增多,其形态也逐渐改变;在堆焊电流小于270 A时堆敷层内无明显泛铁,泛铁形态为微小的颗粒状或类树枝状;焊接电流超过300 A时,铜堆敷层中泛铁形态发生较大变化,堆敷层中出现大块球状泛铁;同时在电弧力的作用下,液态铜与液态铁机械混合在一起,凝固形成铜与铁相互包含的泛铁形态.     

纳米结构对二硫化钼摩擦学性能的影响

目的探究二硫化钼结构以及尺寸对其宏观摩擦学性能以及滑移机制的影响。方法采用水热法制备了尺寸不同的二硫化钼微球花,并与购买的商业化块状二硫化钼以及单层二硫化钼进行对比,将四种二硫化钼粉末在乙醇中进行分散,采用喷涂的方式在硅基底上制备了四种二硫化钼涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对粉末和涂层的形貌、结构进行了表征,并对比研究了涂层的摩擦学性能,通过光学显微镜观察了对偶的形貌,利用SEM和TEM对摩擦界面的结构和形貌进行了研究。结果四种二硫化钼材料均为层状结构的纳米片或微片组成,摩擦系数平稳且均小于0.05。块状二硫化钼寿命最短,摩擦界面覆盖了较少的润滑膜;单层二硫化钼摩擦系数平稳,且寿命最长,摩擦界面由大量纳米片组成,摩擦过程主要是单纯的物理剥离;二硫化钼微球花的寿命介于二者之间,微球花在摩擦力的作用下很容易发生剥离,在摩擦过程中起润滑作用的是剥离的二硫化钼纳米片,摩擦界面覆盖了较厚的致密润滑膜。二硫化钼微球花摩擦后,层间距由0.62 nm增至0.7 nm,层间距的增大有利于良好的润滑。结论尺寸对二硫化钼的滑移机制有影响,从而显著影响其耐磨寿命,层数和尺寸的减小有利于耐磨寿命的提升。     

离子氮化高速钢沉积掺钨类金刚石薄膜的摩擦磨损性能研究

目的 探究湿度和加载载荷对氮化高速钢基体上沉积掺钨类金刚石薄膜的摩擦磨损性能的影响.方法 通过非平衡磁控溅射技术在氮化处理后的高速钢基体上制备了掺钨类金刚石(W-DLC)薄膜.利用纳米压痕仪和划痕实验检测了薄膜的硬度和结合力,通过摩擦磨损实验检测了不同湿度(30％和60％)和不同载荷(10、20、30、40 N)条件下薄膜的摩擦系数和磨损率,利用扫描电子显微镜对摩擦磨损后的形貌与成分进行了观察与分析,并利用拉曼光谱对磨屑的结构进行了分析.结果 在湿度为30％和60％的条件下,薄膜的摩擦系数均随着摩擦载荷的增加呈现先增加后降低的规律,且在载荷为30N取得最小值;磨损率均随着载荷的增大而增加,且湿度为60％条件下薄膜的磨损率大于湿度为30％条件下的磨损率.磨屑产物的拉曼光谱结果显示,摩擦过程导致薄膜发生石墨化转变,而载荷和湿度对磨屑结构的影响不大.结论 高速钢基体进行离子氮化后,可以明显提高掺钨类金刚石薄膜的硬度和结合力.     

制备工艺对超磁致伸缩Fe-Ga合金薄膜表面形貌的影响

采用JZCK-600F型多功能镀膜设备制备了Fe-Ga合金薄膜,研究了溅射工艺对Fe-Ga合金薄膜沉积速率及表面形貌的影响。用SEM、EDS研究了Fe-Ga合金薄膜的表面形貌和薄膜成分。当其他工艺参数不变时,溅射时间、溅射功率是影响Fe-Ga合金薄膜的厚度和生长速率的主要因素。随溅射时间和功率的增加,薄膜厚度和沉积速率也随之增加,并且薄膜厚度与溅射时间和功率呈现出正比例关系;但是薄膜厚度过大,加大的内应力会使薄膜剥离。溅射功率过大时,内应力同样会使薄膜内部出现裂纹。所制备Fe-Ga合金薄膜的磁畴图像明暗对比明显。磁畴形状呈现不太规则的团圈状,类似珊瑚结构。薄膜的结晶化生长良好,薄膜形貌为较均匀致密的颗粒状结构。优化的薄膜溅射工艺参数为溅射功率80 W、溅射工作气压0.6 Pa、溅射时间60 min、Ar气工作流量25 mL/min。采用此优化工艺制备的Fe-Ga合金磁致伸缩薄膜悬臂梁偏移量为69.048 μm,可满足制备微器件所需性能。     

超双疏涂层在静电油烟机中的研究进展EI北大核心CSCD

超双疏涂层在材料表面工程的研究中占据着一席之位,其对水与油表现出极大的双疏性,常用于防污、防腐蚀及自清洁等领域,在传统油烟机行业中得到广泛的应用。然而对于新型静电油烟机中的特殊部位,还少有相关的表面防护研究与综述总结。简述超双疏涂层的研究近况,对超双疏涂层的起源以及润湿理论的发展进行系统性的梳理,指出在Young’s方程的理论基础上进行延伸与修正是普遍使用的研究方法,在所得到的Cassie-Baxter理论模型基础上进行更细化的修正是目前理论研究的主流方向。介绍在不同金属基底制备超双疏涂层的方法,发现涂层材料与基底之间的相互作用机理的研究相对较少,多数研究人员停留在实用这一要求上,没有做机理性的分析与研究。概述超双疏涂层在油烟机中不同部位的应用状况,并对超双疏涂层在静电油烟机中静电模块的应用提出展望,研究其在电场的作用下是否仍可保持超双疏性,借此来探究其能否满足静电油烟机的清理要求。指出涂层与基底之间机理研究缺乏的现象,提出在静电油烟机领域中将表面防护与结构优化相结合的方案,为油烟机行业以及环境保护提供了新思路。     

AC-HVAF热喷涂非晶和金属陶瓷涂层在压裂液中的冲蚀行为

采用喷射冲蚀与电化学测试相结合方法,对AC-HVAF热喷涂非晶金属和金属陶瓷两种涂层在压裂工况下的冲蚀规律进行了研究,评价了腐蚀和冲蚀的交互作用,分析了耐蚀性和硬度在冲蚀时的主导作用,确定了冲蚀机理。结果表明,硬度决定材料的抗冲蚀性能,硬度高的WC涂层表现出更高的抗冲蚀能力。冲蚀过程中,纯机械冲刷引起的失重占主导作用。交互作用中,涂层由腐蚀引起的增量占比例则较高,提高涂层耐蚀性可以减少交互作用失重,进而提高其抗冲蚀性能。AC-HVAF涂层表面则呈现出脆性冲蚀特征,冲蚀时侧重于固体砂粒对表面的碰撞和切削剥蚀作用。涂层孔隙的降低和粘结相结合强度的提高是提高其在压裂液中抗冲蚀性能的关键。     

柔性表面织构化在海洋装备减阻与防污上的应用

首先详细论述了生物污损的形成过程及原因,总结了生物污损对海洋装备服役的危害,并明确指出船体表面污着生物附着问题已成为阻碍船体表面减阻技术研究的一大难题。众多研究表明,研究表面结构与功能的统一性,实现表面的高效防护与减阻是海洋装备未来发展的必由之路。调控表面的形貌参数和物理化学性能,如润湿性等,以及研发抑制微生物的附着和繁殖,研制合适的防污剂,是当前两种主要研究思路。依据上述思路,基于海豚、鲨鱼柔性皮肤快速游动的减阻原理,考察常见防污涂层（聚氨酯）这种柔性表面,引入织构减阻。考察柔性表面及织构化参数在服役条件下对减阻行为及防污着生物附着的双重调控,有望实现海洋装备在服役工况下的节能降耗。最后展望了结合抗生物附着的细菌及其天然代谢物镶嵌、接枝到海洋装备表面,从而实现驱避和对抗污着生物附着功能的研究方法。     

基于人工神经网络的Q235焊缝强韧性预测

采用正交试验L9(34)设计Q235钢的机器人焊接试验次数及焊接参数，通过拉伸试验和低温冲击试验分别获取9组焊缝抗拉强度和冲击吸收能量样本数据，并进行归一化处理；通过Matlab工具箱函数分别建立BP网络、RBF网络和Elman网络，在尝试性学习训练和泛化验证的基础上确定各网络的最佳结构及主要参数，即BP网络结构确定为3×10×2，RBF网络spread值设为2.4，Elman网络隐含层神经元数设为25个，进而比较分析和研究3种网络模型对Q235钢焊缝强韧性的预测精度和应用效果。结果表明，BP，RBF及Elman神经网络的平均相对误差均低于10%，可用于焊缝的强韧性预测，尤其对焊缝抗拉强度的预测精度相对较高；在样本条件下，相比于BP和RBF网络，Elman网络更加稳定，预测精度更高，综合预测效果最佳，对焊缝抗拉强度和冲击韧性的趋势性预测较为有效，能够反映焊缝强韧性的实际变化规律和趋势；引入机器人焊接和射线检测方法，提高样本数据的准确性和代表性，从而提高神经网络的预测效果。 创新点：(1)比较BP，RBF及Elman神经网络对Q235钢焊缝强韧性的预测精度和效果。 (2)采用机器人焊接、射线检测及正交试验，提高样本数据准确性和代表性。     

临界退火冷却方式对含铌中锰钢奥氏体稳定性和力学性能的影响

针对含铌中锰钢进行了不同退火温度(700、750和800 ℃)和不同冷却方式(空冷、水冷)下的临界退火试验。结果表明,随着临界退火温度的升高,强塑积和残留奥氏体含量呈现先升高再降低的趋势。在750 ℃临界退火水冷后,试验钢的力学性能最佳,屈服强度达到750 MPa,抗拉强度为1820 MPa,断后伸长率为13.9%。随着临界退火温度升高,试验钢中渗碳体逐渐溶解,基体中C和Mn含量增多,在保温过程中配分进入奥氏体的C和Mn含量增多,导致奥氏体更稳定,残留奥氏体含量增多。当临界退火温度进一步升高,保温时奥氏体含量的增多导致配分进入奥氏体的C和Mn浓度降低,导致奥氏体稳定性降低,在冷却过程中形成大量马氏体。马氏体的增多和大尺寸团簇状(Nb,Mo)C的析出导致800 ℃临界退火后试验钢的高强度和低塑性。在相同临界退火温度下,水冷和空冷后试验钢的相组成相同。在800 ℃临界退火时,两种冷却方式对残留奥氏体含量和力学性能引起的差异最为明显,这与空冷过程中C和Mn向奥氏体配分更充分有关。