激光选区烧结超高分子量聚乙烯工艺及性能

研究了激光选区烧结(SLS)成型工艺中不同工艺参数以及后续热处理工艺对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料成型性能的影响。通过调整扫描间距、激光功率、扫描速度等不同工艺参数,描述了SLS成型UHMWPE零件的致密度、拉伸强度以及断裂伸长率,并对热处理前后的SLS成型UHMWPE零件的力学性能进行了比较。结果显示,致密度、拉伸强度、断裂伸长率总体上与激光功率呈正相关关系,与扫描间距、扫描速度呈负相关关系。经热处理后,SLS成型UHMWPE零件的力学性能有明显提高,致密度达到95.12%,抗拉强度达到24.08 MPa,断裂伸长率达到334.82 MPa。实验结果表明:SLS成型UHMWPE零件与模塑成型UHMWPE零件性能尚有差距,仅优化成型工艺不足以得到理想性能,但经热处理后,零件性能基本满足使用要求。     

聚乳酸/羟基磷灰石复合材料激光选区烧结工艺优化与性能研究

以生物可降解材料聚乳酸（PLA）和生物骨基质的主要无机成分羟基磷灰石（HA）为研究对象。为获得复合材料激光选区烧结(SLS)制件的最佳成形参数，首先对纯PLA的SLS工艺进行了优化，发现最优的激光能量密度范围为0.040~0.075 J/mm2，且制得的纯PLA试样的拉伸强度均超过23 MPa，最高可达27.28 MPa。为研究HA含量对PLA/HA复合材料微观结构与力学性能的影响，以激光能量密度为0.040 J/mm2（激光功率12 W,扫描速度1 500 mm/s）对不同HA含量的PLA/HA复合材料进行了成形。实验结果表明，当HA质量分数为10%时，PLA/HA复合材料的力学性能和微观形貌最优。水接触角测试显示材料的接触角从69.52°降至57.96°，表明材料的亲水性能得到了改善。     

商用车挡泥板支架轻量化结构设计

利用三维软件建模和有限元CAE分析,从材质选用、结构优化两方面对某型号商用车挡泥板支架进行了轻量化设计。结果表明:选用碳纤增强尼龙PA66+CF30材质、采用整体式一体化结构一次成型、"工字钢"形状的承重梁结构,可获得较好的刚度和强度;相比原铸钢材质的支架可实现减重72%的效果。     

风力机叶片用复合材料的拉伸及冲蚀磨损性能

采用真空灌注成型工艺制备了风力机叶片用玻璃纤维增强树脂基复合材料,研究了其显微结构、拉伸性能以及在气固两相流下的冲蚀磨损性能。结果表明:复合材料的拉伸曲线呈Weibull分布,断裂前无明显的屈服现象;铺设6层纤维织物复合材料的拉伸强度为456.87 MPa,12层的拉伸强度为646.69MPa,其弹性模量均为4 720.36MPa;复合材料冲蚀率分别随冲蚀颗粒冲击角和冲击速度的增加而增大,随着颗粒粒径的增大成波动性下降。     

陶瓷面曝光快速成型工艺研究

利用投影机中微小反射镜阵列(Digital micromirror device,DMD)形成投影图案,以发光二极管紫外光(UV-LED)作为光源,建立了陶瓷面曝光快速成型试验系统。利用该系统研究了自开发的可光固化磷酸钙陶瓷浆料的光固化性能,确定了其临界曝光强度为14.24 mJ/cm~2,透射深度为149μm;优化了面曝光陶瓷成型的工艺参数,即分层厚度100μm,曝光强度54 mJ/cm~2,曝光时间3 s,并实现了带有复杂网状结构的陶瓷多孔支架的制造。该工艺所成型的陶瓷零件经烧结后,其致密表面和内部未见有裂纹和较大孔洞,压缩强度高达63MPa,可满足骨组织工程支架的机械性能要求。所述的面曝光快速成型工艺可直接成型多孔以及复杂结构的陶瓷零件,有望为陶瓷骨组织支架的制造提供新的发展方向。     

某轻型货车油箱支架强度分析与轻量化设计

为了有效降低某轻型货车油箱支架的重量,首先基于有限元方法建立油箱支架离散化模型,再采集搓板路面的时域信号,得到其激励端的频域振动加速度,并据此对其频率响应分析,分析结果表明其强度的最大应力值低于材料屈服。然后基于集成优化平台对支架的结构参数进行轻量化设计,得到其最优参数,优化结果表明其强度性能能够满足设计要求,并且其重量降低了17.1%,优化效果比较理想。最后对该油箱支架的优化方案进行实车道路耐久试验,试验结果表明其没有发生开裂失效,成功通过了整车试验验证,因此整个轻量化分析方法具有较高的可靠性,能够为同类结构的轻量化设计提供参考和借鉴。     

快速化学液相沉积法制备Cf/C复合材料及材料性能

采用快速化学液相沉积技术,以液态碳源为前驱体,沉积温度为850~1100℃,系统压力为0.1MPa制备了一种Cf/C复合材料。利用扫描电子显微镜观察了基体热解碳的组织结构;测定了材料的物理、力学、导电、耐磨等性能。研究表明,快速化学液相沉积技术可快速制备出高性能的Cf/C复合材料,其密度达到1.786g/cm3,抗弯强度和抗压强度分别达到118.9MPa、84.6MPa。同时测试了材料的耐磨性和导电性。     

HG980D高强钢焊接试验研究

我公司是当今世界最大的液压支架生产基地。随着煤炭行业的快速发展,液压支架的重量和工作阻力也越来越大,因此对液压支架的重要部件推杆的强度要求也越来越高。在这样的背景下,我公司和武钢共同开发了低合金高强度钢HG980D,屈服强度达到900MPa级,专门用于高端液压支架推杆的生产制造。为了掌握该钢种的基本焊接性,合理优化焊接工艺,使HG980钢的焊接接头性能能够满足液压支架井下较苛刻的工况,我公司对HG980D钢板的冷裂纹敏感性、焊接工艺、焊后热处理工艺及焊接接头综合力学性能进行了试验研究。     

连续碳纤维增强聚乳酸复合材料3D打印及回收再利用机理与性能

纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强的优异特性,但传统成型工艺具有成本高、过程复杂、难以回收的缺点限制了复合材料的广泛应用,介绍了一种新的连续纤维增强热塑性复合材料3D工艺(CFRTPCs)及其回收再利用策略,建立成型过程与界面性能、力学性能的内在联系,打印连续碳纤维增强聚乳酸(CF/PLA)样件抗弯强度与模量分别达到390MPa与30.8GPa,实现了复合材料低成本一体化快速制造,其回收再利用过程无污染,材料利用率为75%,二次打印样件抗弯强度提高25%左右,实现了复合材料高效高性能绿色回收再利用,二者结合形成一种全生命周期复合材料应用模式。     

某轻卡制动阀支架失效分析及其优化设计

针对某轻卡制动阀支架失效问题,首先采集车架横梁两端的搓板路激励载荷对该制动阀支架进行模态频响计算,分析结果表明该制动阀支架的最大应力大于材料许用值,其最大应力位置与失效位置一致;然后基于功率谱载荷对其进行随机振动疲劳分析,分析结果表明该制动阀支架的疲劳寿命不满足疲劳性能要求,其与振动强度分析薄弱位置和失效位置相吻合;再通过集成优化平台对制动阀支架进行结构优化,优化之后制动阀支架的最大应力值和疲劳寿命值均符合性能要求值,其疲劳、强度性能显著提升,支架总重量也降低了,达到了轻量化的要求;最后对制动阀支架的优化方案进行道路可靠性验证,试验结果表明该制动阀支架的振动加速度明显减小,并且没有发生失效,科学地解决了该制动阀支架的失效问题。     

粉末冶金法制备石墨烯/铝基复合材料研究进展

石墨烯/铝基复合材料作为新型轻量化复合材料,具有良好的力学性能和导电、导热性,应用前景良好。与其他制备复合材料的工艺相比,粉末冶金工艺方法具有工艺流程短、制备成本低以及材料设计灵活等优点。基于此,综述近些年来国内外采用粉末冶金工艺制备石墨烯/铝基复合材料的研究现状,重点介绍原料粉末处理及烧结方式对石墨烯/铝复合材料组织性能的影响,比较不同制备工艺下材料的组织性能特点,分析粉末冶金法制备的石墨烯/铝基复合材料存在的不足,展望石墨烯/铝基复合材料的应用前景。     

轴流风机叶片轻量化及耐磨性研究

轴流风机叶片作为风机最重要的部件,其轻量化和耐磨性也逐渐成为重要的研究方向。本文根据某项目轴流风机的设计要求,重点从选材、成型工艺、强度计算等方面对轴流风机叶片的轻量化和耐磨性综合地进行了研究。研究结果表明:采用铝合金或碳纤维复合材料,通过一定的工艺制备的叶片可以达到轻量化和耐磨性的要求。从有限元计算结果来看,两种材料制备的叶片均可满足项目设计要求。     

放电等离子烧结制备M42粉末高速钢/45钢双金属复合材料

利用放电等离子烧结方法一次性实现了M42粉末高速钢及其与45钢双金属复合材料的制备,分析了连接接头的界面形貌,测试了连接接头的结合强度。结果表明:在970℃×10 min、压力70 MPa烧结工艺下制备的复合材料连接接头组织致密均匀,复合材料实现了冶金结合,结合强度可达到550 MPa。     

聚丙烯、炭黑和碳纤维共混填充超高分子量聚乙烯复合材料的力学和摩擦磨损性能

采用模压成型的方式制备超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,通过AG-1型电子万能实验机和MM-200型摩擦磨损试验机分别研究填料对复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响,采用光学显微镜分析复合材料磨损表面的形貌。结果表明:聚丙烯(PP)和无机填料炭黑(CB)或CB与碳纤维(CF)混杂填料的加入使UHMWPE复合材料的拉伸强度降低,弯曲模量和硬度增加,其中UHMWPE/PP/CB/CF复合材料的弯曲模量和硬度增幅大于UHM-WPE/PP/CB复合材料。填料的加入可改善UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能,当填料的质量分数为5%时,UHMWPE复合材料的摩擦磨损性能最好,且UHMWPE/PP/CB/CF复合材料的耐磨性能优于UHMWPE/PP/CB复合材料。与UHM-WPE相比,UHMWPE/PP/CB/CF复合材料的摩擦因数和磨痕宽度分别下降了10%和44%,UHMWPE/PP/CB复合材料则分别下降了12%和42%。光学显微镜观察表明填料的加入大大改善了UHMWPE的磨粒磨损,复合材料表面以较浅的犁沟磨损为主要特征。     

某轻型卡车转向器支架断裂原因分析与结构优化

汽车转向器支架是转向器与车架之间的重要连接件,为了保证支架的安全可靠性,在设计阶段必须保证支架有足够强度,同时应避免结构冗余,影响车辆轻量化要求。结合某轻型卡车市场出现方向机支架断裂问题,利用HyperWorks软件对断裂转向器支架进行有限元分析,并对改进结构实施拓扑优化,优化后支架与断裂支架比较,最大应力由189.4 MPa降低到142.4MPa,质量减轻38%。最终通过实验验证了优化支架的可靠性,说明基于CAE的结构分析和拓扑优化,能为产品故障分析提供手段,为产品设计和轻量化提供有效解决方案。     

连续碳纤维增强尼龙6复合材料3D打印装备与参数调控

为实现高性能纤维增强树脂基复合材料低成本、一体化快速制造,本文研究了一种连续纤维增强热塑性复合材料3D打印技术。借鉴熔融沉积成形工艺,建立了其成形原理,设计了集成打印头模块并搭建原理样机,采用二级喷嘴对打印工艺参数进行调控,建立了工艺参数对纤维含量与力学性能的影响关系,在纤维体积含量达到44.1vol%时,连续碳纤维增强尼龙6复合材料的拉伸强度与模量达到405MPa与80.6GPa,弯曲强度与模量达到565.8MPa与62.1GPa。     

表面改性碳纤维对聚酰亚胺复合材料摩擦学行为的影响

采用硝酸氧化法和涂层复合改性法分别对碳纤维(CF)进行表面改性,并制备CF改性聚酰亚胺(PI)复合材料。考察材料在不同滑动速度和载荷下的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌。结果表明:CF与PI基体的界面结合强度对PI复合材料在不同滑动速度下的摩擦磨损性能影响较大,涂层复合处理法比硝酸处理法能更有效提高CF与基体的界面结合强度,提高复合材料在高滑动速度下的摩擦磨损性能。CF的强度是影响复合材料在不同载荷下摩擦磨损性能的主要因素,CF经过表面处理后强度出现不同程度的下降,导致在高载荷条件下复合材料的摩擦磨损性能下较未处理的CF/PI复合材料相比有所下降。     

碳/碳复合材料表面制备羟基磷灰石涂层的研究进展

综述了在碳/碳复合材料表面制备具有生物活性羟基磷灰石涂层方法的研究进展,对不同工艺涂层与基体的结合强度进行了评价;认为通过对基体表面改性和形貌调控,可提高涂层与基体的结合强度;介绍了借助感应热沉积法制备的涂层,其破坏临界载荷可达13.1 N,制备了剪切结合强度高达61.3 MPa的羟基磷灰石涂层,达到了临床使用标准要求。     

DSC在自生TiB2颗粒增强铝基复合材料制备中的应用

采用差分扫描热分析(DSC)方法,测定了TiB2/Al-12%Si的复合过程,并以热分析数据为依据,制备了TiB2/Al-12%Si复合材料,通过X射线衍射(XRD)分析了复合材料的增强相,考察了微观组织和力学性能的关系.结果表明采用直接反应合成法制备该复合材料的最佳温度在830～860℃;半固态搅拌技术可使增强相在基体中的分布更加均匀;颗粒增强复合材料的力学性能有较大改善,抗拉强度由166MPa提高到184MPa,在热处理后达到336MPa,弹性模量由36.5GPa提高到43.9GPa,但伸长率从12%下降到了2.3%;利用DSC来制订颗粒增强铝基复合材料制备工艺是合理可行的.     

汽车尿素箱支架结构轻量化设计

为了使尿素箱支架结构在满足性能要求的情况下实现轻量化,利用有限元分析方法对尿素箱支架进行了强度分析,获得了支架的应力分布,并在此基础上对其进行了结构优化设计及强度确认计算。实验及计算结果表明:在满足强度要求的情况下,该部件实现减重3.36 kg(占比35.6%),较好地实现了部件轻量化目标。