基于PCA与RSM-DE算法的激光熔覆参数多目标优化

为获得激光熔覆Inconel 718粉末在Q690高强钢板上的最优熔覆工艺参数,设计响应曲面法中的BBD(Box-Benhnken Design)试验设计模型.构建输入变量(激光功率、扫描速度、送粉速率)与响应值(稀释率、热影响区深度、显微硬度)之间的数学模型,通过主成分分析法建立熔覆层综合评价指标,利用差分进化算法进行寻优,确定最优工艺参数.采用最优工艺参数进行试验验证,对其最优工艺参数下试件的宏观形貌与组织形态进行观察与分析,并与优选出的试件进行响应值比较.结果表明,最优工艺参数为激光功率1 800 W、扫描速度28 mm/s、送粉速率1.9 r/min,该参数下获得的热影响区深度为294μm,稀释率为14.2%,显微硬度为276.6 HV0.5.最优工艺参数下的试件热影响区深度减小了6.8%,稀释率降低了24.7%,显微硬度增大了21.7%,且最优试件中的组织形态为较小的树枝晶与少量的胞状晶.     

工艺参数对304薄钢板激光焊接变形的影响

为了获得工艺参数对0.4 mm厚304不锈钢薄板激光焊接变形的影响规律,利用Nd∶YAG脉冲激光焊接系统对不锈钢板进行对接焊试验,采用单因素试验法分析离焦量、脉宽、电流和焊接速度对薄板焊接形貌和变形的影响,在单因素试验基础上进行四因素三水平的多因素正交试验,利用极差分析确定出各工艺参数对焊接变形影响的主次顺序以及最优工艺参数组合。结果表明,该薄钢板激光焊接的工艺参数范围较窄,其有效范围是离焦量-3～-1 mm、脉宽2.2～2.4 ms、电流170～175 A和扫描速度300～400 mm/min;各工艺参数对该板激光焊接变形影响的显著顺序是离焦量焊接速度脉宽电流,最优工艺参数是离焦量-3mm、电流172.5 A、脉宽2.2 ms、扫描速度300 mm/min;以最优工艺参数进行激光焊接,最大纵向变形量和横向角变形量分别为3.3132 mm和0.1123 mm。     

离心压缩机再制造叶轮结构特征三维建模方法及应用

再制造叶轮是再制造离心压缩机的核心功能部件,具有结构特殊、转速高、载荷复杂等特点。其特征三维建模是后续有限元分析、服役载荷求解、再服役安全验证、再制造工艺优化等问题求解的基础和载体,但目前叶轮原有三维模型常常缺失或者已有三维模型无法反映叶轮再制造特征,不能直接用于再制造叶轮的仿真分析。针对该问题基于结构特征测量点和NURBS曲线曲面理论提出离心压缩机再制造叶轮结构特征重构方法。应用研究中,采用该方法建立某型号离心压缩机再制造叶轮三维模型,并对其进行几何质量分析。分析表明:重构的再制造叶轮误差小(1×10-4 mm),且光顺性好,所建再制造叶轮三维模型与叶轮实物几何特征、再制造修复工艺相符合。研究结果可为再制造叶轮的二次服役载荷求解、再制造工艺残余应力分析、再服役寿命预估等方面提供基础信息。     

一种金相研磨机的结构设计及运动学分析

为了解决金相试件手工研磨效率不高、机器研磨辅助环节多的问题,设计出一种无需镶嵌的多功能自动金相研磨机.针对常用金相试件尺寸规格及待研磨表面特征,确定了研磨技术要求,详细设计了运动方案及预紧调节部件、夹持头等关键零/部件;然后基于Adams软件构建出运动学仿真模型,分析了3种不同驱动电机转速下研磨机夹持头行程、速度以及加速度的变化规律,并进行了运动参数优化;最后对研磨效果进行了应用验证.结果表明,随着研磨机驱动电机转速增加,试样研磨效率随之提高,但过高的转速会产生系统冲击振荡;对研磨机驱动电机运动参数优化后,研磨机夹持头峰值加速度降低到1.1 m/s2,系统运行平稳性较好;验证试件研磨端面的表面粗糙度Ra最大约为0.44μm,仅为MPD-1A型商用研磨机的59.4％,经腐蚀后试样金相组织特征清晰可见,观测效果优良.     

离焦量对MoS2改性Fe-Cr-Mo-Si合金涂层组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在40Cr钢基材上制备了MoS₂改性的Fe-Cr-Mo-Si合金复合涂层,研究了离焦量对复合涂层的宏观形貌、微观组织、显微硬度及耐摩擦磨损性能的影响。结果表明,随着离焦量的增大,复合涂层表面越光滑平整,复合涂层与基材间冶金结合越好;复合涂层上部为细小的等轴晶,中部为树枝晶,底部为垂直熔合线生长的柱状晶及平面晶,等轴晶晶粒尺寸随离焦量增大而减小;随着离焦量的增大,复合涂层硬度值随之增大,离焦量为2 mm时复合涂层上部显微硬度值最高,达696.1 HV0.5,约为基材(230.6 HV0.5)硬度的3倍;在相同磨损工况下,复合涂层平均摩擦因数及磨损量随离焦量增大而减小,在离焦量为2 mm时具有最小磨损量0.010 g,仅为Fe基涂层磨损量的21.7%;复合涂层磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,随着离焦量的增大,复合涂层表面磨损程度越小,耐磨性能越好。     

损伤轴面激光熔覆修复残余应力测量及分析

残余应力直接影响激光熔覆修复机械零件的结构强度和安全性能,为了掌握损伤轴面激光熔覆修复后的残余应力分布情况,以40Cr钢零件轴为基材,Ni60自熔合金粉末为熔覆材料,采用脉冲激光熔覆工艺制备零件轴表面修复试件,利用盲孔法对零件轴修复试件进行残余应力分布特性分析。结果表明,在轴面激光熔覆的镍基合金修复层中产生了不可忽略的残余拉应力,高应力区位于熔覆层始末两道上;轴线方向检测点上X方向残余应力呈"M"形分布,Y方向残余应力呈"Λ"形分布,σx值较高,接近基材屈服强度的45. 9%,而圆周方向检测点的X方向和Y方向残余应力相对稳定,最大拉应力约为200 MPa;激光扫描路径对轴面熔覆层的残余应力值的影响大、分布形状的影响小,螺旋路径熔覆产生的残余应力值较低,更适合圆周面修复,但熔覆层始末两道边沿处的残余应力比中间部位高,有必要采取适当措施进行消应力处理,以获得优良的修复效果。     

角度可调式线切割机床夹具设计及有限元分析

为解决线切割机床加工工件坡口时装夹费时且定位精度低等问题,设计了一种角度可调式线切割机床夹具。在传统装夹方法的基础上,通过分析零件结构与技术要求,制定夹具的结构方案,设计夹具的定位装置、夹紧装置和调节装置等关键结构,并利用有限元法评估夹具在实际载荷作用下的几何变形和应力状态。结果表明:该夹具强度可靠、操作简单且切割角度调整方便,可极大提高工件的装夹效率和加工精度,满足大批量生产要求。     

铣刀盘激光熔覆修复过程的温度场与应力场有限元仿真

为了判定铣刀盘激光熔覆修复过程是否会发生热致应力开裂的问题,对铣刀盘激光熔覆修复过程的三维温度场和应力场进行模拟。根据铣刀盘损伤特征建立铣刀盘的三维修复模型,利用结构化网格划分方法构建修复后的铣刀盘分析模型及边界,将单元生死技术和ANSYS APDL自编程序相结合,重现铣刀盘激光熔覆修复成形过程。研究表明,大温度梯度和几何约束限制使刀盘修复部位产生高的残余应力,最大值为384 MPa。实际应用表明,铣刀盘修复后未产生开裂缺陷,修复效果良好,验证了仿真的正确性。     

激光功率和扫描速度对熔覆组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在GCr15钢基材上制备FeCrNiSi合金熔覆层,通过超景深显微镜、显微硬度计及摩擦磨损试验机,研究激光工艺参数对熔覆层显微组织、硬度及摩擦磨损性能变化的影响规律.结果 表明:随着激光功率增大,熔覆层一次枝晶呈逐渐变大、变长的趋势,一次枝晶间距先增大后减小,二次枝晶间距逐渐减小;随着扫描速度加快,熔覆层一次枝晶呈先变大后减小的趋势,一次枝晶间距先增大后减小,二次枝晶间距先减小后增大.随着激光功率的降低或扫描速度的增加,熔覆层表面硬度提高,当激光功率为2400W、扫描速度为7 mm/s时,熔覆层最高硬度为781.5 HV,是基材的3.4倍;此时熔覆层磨损机制由磨粒磨损和黏着磨损逐渐演变为疲劳主导的磨损机制.