螺杆加工塑料时熔体流动的数值模拟

为了解螺杆加工塑料时多因素交变作用下熔融塑料在螺槽中的流动状况,结合塑化时熔融塑料在螺槽中的受力、运动情况建立物理模型,推导基于时间过程的控制熔融塑料流动的偏微分方程,包括连续性方程、动量方程、本构方程.利用有限差分法离散偏微分方程得到代数方程组,通过数值计算方法,求解得到加工低密度聚乙烯(Low density polyethylene,LDPE)时熔融塑料在螺槽中流动的速度分布、切应力分布、压力分布.以工程中实际应用的螺杆参数为例计算,分析计算结果发现以下规律:在螺槽左下角和右下角部位熔融塑料流动速度和切应力基本为0;熔融塑料在螺槽中作螺旋形的总体运动,并受不同方向的交变切应力、压力作用.这些规律为改善设备性能和提高塑料加工质量提供指导作用.     

螺杆螺槽表面粗糙度对塑料成形过程的影响

从几个不同的方面论述了聚合物成型加工时,挤出机的螺杆螺槽表面粗糙度对物料的固体输送率、塑化质量及能耗方面的影响,同时对部分国内外挤出机螺杆螺槽表面粗糙度的技术条件进行了对比分析.     

基于熔池特征融合的选区激光熔化缺陷预测方法研究

针对单一熔池特征对选区激光熔化缺陷预测精度不高的问题，提出了一种基于熔池特征融合的选区激光熔化过程缺陷预测机器学习模型。利用红外热像仪拍摄选区激光熔化过程中的熔池红外图像，检测工件中的缺陷并对其相对应的熔池红外图像进行类型标定。通过提取拍摄的熔池红外图像中熔池的灰度梯度特征、尺寸特征和形状特征，融合特征向量后得到新的特征向量，并传入K-邻近算法（KNN）中进行缺陷分类和缺陷预测，并通过比较算法预测缺陷的准确率确定K值。结果表明，运用这种融合特征分类KNN算法对选区激光熔化缺陷预测的准确率可达97.5%，相比单一熔池特征缺陷预测方法效果有较大的提升。     

基于熔池运动特征的选区激光熔融过程状态检测方法

选区激光熔融是一种极具发展前景的金属增材制造技术,由于加工过程容易产生各种缺陷,过程监控对于产品质量的控制显得尤为重要.熔池变化特征是最有效的监测手段之一,但是传统的熔池几何特征缺乏与不同熔化状态的准确对应关系.针对该问题,根据熔池特点提出一种新的熔池运动特征用于描述运动熔池的变化规律.首先利用激光扫描位置数据确定熔池的移动方向及质心,然后通过设定3个不同尺度的阈值来捕捉飞溅,并结合连通分量分析方法提取熔池区域和飞溅,进一步消除熔池感兴趣区域中的飞溅.接着将熔池质心到熔池边界轮廓的距离按顺时针方向展开,获得一个36维的矢量特征用于描述运动的熔池.最后,利用k均值聚类算法分别对同一工艺参数和不同工艺参数下获取的熔池进行了聚类分析,并与传统的熔池几何特征进行了对比.实验结果表明,提取的36维熔池运动特征可以较好地区分熔池移动方向及不同的熔化状态,为选区激光熔融过程在线监控提供了一种新的思路.     

基于熔池动态特征的金属激光熔化沉积形状精度演化行为研究

针对金属激光熔化沉积成形质量影响机制与过程特征不明确所导致的质量可靠性与效果重复性较低、自适应控制困难等问题,采用同轴实时监测的方法,对不同金属激光熔化沉积工艺条件下的熔池动态特征进行监测,揭示不同熔池动态特征对形状精度演化行为的影响机制。以典型沉积工艺为研究对象,单道单层沉积中熔池几何轮廓和边缘熔融过渡区域面积与沉积层表面质量和宽度稳定性直接相关;单道多层堆积中的熔池几何轮廓与尾部特征对薄壁件壁厚变化有重要影响;多道单层搭接中熔池宽度的累加与粉末利用率的变化导致了传统搭接模型最优搭接率下表面搭接质量的下降;单道多层偏移堆积中的熔池塌陷与沉积层两端熔池面积可直接反应极限偏移与两端倾斜的演化过程。结果表明,通过熔池动态特征可以揭示金属激光熔化沉积中关键形状精度的演化行为,并建立新的形状精度模型,为后续激光熔化沉积工艺路径设计及实时反馈优化提供重要支持。     

全啮合同向旋转双螺杆挤出机螺槽中物料停留时间分布的研究

求文运用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和量纲分析的基本理论,研究了全啮合同向旋转双螺杆挤出机螺槽中物料的停留时间分布规律,分析了物料停留时间分布与挤出机操作工艺参数之间的关系并通过实验进行了论证。     

螺旋挤压熔融沉积的流体动力学分析

推导出螺旋挤压机构螺槽中熔料的纳维尔-斯托克斯方程（N-S方程）。再结合该螺旋挤压机构实际使用情况做了五个假设，从而大大简化N-S方程。由此可以推导出计量段螺槽中熔料的速度分布和压力分布流量计算公式。通过以上理论分析来研究粘流态下塑料的运动规律的螺杆参数对熔料流动过程的影响，能够更好地控制快速制件的内部结构特性，据此，来设计一种螺旋挤压机构，用于熔融沉积快速成形机。     

基于选区激光熔化铜合金温度场的粉末层厚调控研究

在选区激光熔化(SLM)加工过程中，粉末层厚是选区激光熔化加工中重要的调控参数之一，合理的粉末层厚既可以提高成型质量又可以提高成型效率。基于SLM温度场模型，研究了温度场运动动态过程，预测了温度场温度和熔池大小，并且定量分析了粉末层厚对温度场温度和熔池大小的影响，研究表明：粉末层厚对温度的影响较小，对于熔池长度的影响相对于熔池宽度和深度更为明显。     

排布方式对铝合金激光-MIG复合横向焊接特性的影响

采用常规激光-熔化极惰性气体保护电弧(Metal inert gas,MIG)复合横向焊接铝合金过程中,焊缝表面极易出现咬边和下塌等缺陷,由此开展排布方式对激光-MIG电弧复合横向焊接铝合金焊接特性的影响研究。分析二者的排布方式对熔池特征、熔滴过渡形式以及焊缝成形规律的影响。试验结果表明,异面引导复合焊接方式对焊缝成形有明显改善作用,焊缝表面熔宽减少、中心线偏移和咬边缺陷得到有效抑制。采用同面引导复合方式时,熔滴过渡到匙孔后方,熔池下侧熔融金属大量堆积并产生周期性的波动,导致焊缝结晶组织出现了分层现象;而采用异面引导复合方式时,熔滴过渡到匙孔下方,并且熔滴在熔池中的落点位置与同面引导方式相比要偏上,熔滴过渡频率稍低,此时熔池中熔融金属分布较为均匀,熔池下部堆积金属较少,有效抑制了焊缝的下塌和咬边缺陷。     

瑞士哈斯勒公司POWDRIT粉状物料用称重给料机

粉状物料的计量是固体物料计量中的一个难点，瑞士哈斯勒公司POWDRIT新型粉状物料称重给料机通过在秤体上方增加沉降室来缓冲料仓高料柱的压力，设计构思巧妙。本文介绍了这种称重给料机的系统构成、机械部分、辅助设备选型及控制系统。     

高速滚珠丝杠副气液二元冷却系统设计与仿真

针对高速滚珠丝杠进给系统由于摩擦发热而导致丝杠产生热变形误差的问题,提出一种高速滚珠丝杠副整体循环冷却和重点发热区域局部冷却的气液二元冷却方法,用于抑制机床因高速运转产生热变形而导致传动刚度和加工精度的变化。通过对不同冷却方式下滚珠丝杠副温度场的变化,以及不同冷却速度情况下滚珠丝杠热变形的仿真分析,验证了气液二元冷却系统的可行性。     

聚合物超声压印非成形面熔融缺陷形成机理及抑制

分析了聚合物超声压印工艺中基片非成形面产生熔融的原因,并提出了相应的抑制方法。基于超声波产热机理指出非成形面熔融现象是由超声工具头-基片界面摩擦引起的,据此提出"摩擦系数差法"来抑制非成形面的熔融现象并通过在聚合物基片非成形面增加表面保护膜(背膜)的手段实现了"摩擦系数差法"。为了对背膜进行优化选择,对比研究了4种背膜条件对聚合物软化时间的影响。提出了超声工具头位移-时间曲线极小值点对应聚合物软化时间的观点,并通过测量超声压印过程中基片-模具界面温度进行了实验验证。实验结果表明,使用Sekisui#622E-50保护膜可缩短聚合物软化时间3.4s,使用Sekisui#622WB保护膜则可降低软化时间误差0.64s。实验显示:增加背膜不仅有效地避免了非成形面的熔融现象,同时缩短了超声压印过程中的聚合物软化时间并提高了软化时间重复性。     

丝杆结构热变形及近似估算探讨

对机械系统中的丝杆机构在工作过程中由于摩擦而引起温升及产生热变形的原因进行了分析,给出了适用于实际工况的温度场经验公式,并以螺纹磨床进给系统中的丝杆结构为例,对其温度场及热变形量进行了近似估算.     

试析粘接剂对螺栓拧紧力矩和预紧力的影响

本文分析了螺纹连接中,使用粘接剂而引起摩擦系数的变化对螺栓拧紧力矩和预紧力的影响,提出了在螺纹连接中,使用粘接剂应注意的问题。     

考虑热弹流润滑作用的滚珠丝杠副摩擦力矩建模与分析

针对以往研究中滚珠丝杠副摩擦力矩计算方法中未考虑润滑作用对其影响,或未考虑接触弹性滞后效应以及滑移摩擦效应对其影响的情况。首先基于单个滚珠接触效应建立其热弹流润滑方程;然后在考虑润滑效应的基础上建立其黏性摩擦力、弹性滞后摩擦力及滑移摩擦力方程;最后提出一种基于全滚珠载荷分布与热弹流润滑耦合的滚珠丝杠副摩擦力矩计算模型,建立了预紧力、转速与摩擦力矩之间的耦合关系。试验结果表明,当预紧力从1 kN变化到6 kN,在滚珠丝杠低转速(100 r/min)时,摩擦因数变化范围为0.005 6～0.006 5。随转速的提髙摩擦因数升高且变化量逐渐增大,说明国际标准DIN ISO3408-3:2006中将滚珠丝杠副空载摩擦力矩测量速度定为100 r/min具有合理性,验证了所提出的摩擦力矩计算方法的准确性。     

滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素及测试方法研究

分析滚珠丝杠副摩擦力矩的影响因素,并给出一种测量摩擦力矩的方法。     

Planetary motion cross bar friction test for application in machining process

This paper describes a new method to evaluate the friction coefficient at the tool-work interface in machining process where high stress and temperature are caused. In order to examine the feasibility of the proposed method, the present report introduces the method and the results obtained only at room temperature. Ti6Al4V, SUS304, AISI1045, FCD 700, FCD 450 and FC300 were used as work materials, while TiN coated carbide tool, TiAlN coated carbide tool and P15 were used as tool materials. The proposed method provided the friction coefficients of different coatings against different work materials, and demonstrated the variability of friction coefficient and the anisotropy of surface roughness.     

螺旋压力机的传动及其数控机理比较研究

对不同种类的螺旋压力机的传动及其数控机理进行了比较研究。在总结螺旋压力机进展的基础上,对摩擦式、液压式、离合器式、伺服式的传动特点进行了研究,分析了这几种螺旋压力机打击能量的数控方法,介绍了新出现的开关磁阻调速式螺旋压力机,提出可采用皮带、齿轮或直接驱动的传动设计,借助电机本身的频繁起停和正反转功能,通过对电机的电流实施斩波值限定,数字化控制电机转速,从而数控打击能量。指出开关磁阻调速式螺旋压力机结构简单、节能高效,具有广阔的应用前景。     

AZ31B镁合金板材旋压成形工艺研究

采用摩擦旋压成形工艺,研究了AZ31B挤压板材供应态试样在不预热的条件下直接进行旋压成形的可行性。结果表明,摩擦升温效应能迅速将坯料温度提高到200～450℃,从而提高镁合金板料的塑性变形能力,可旋压成形出最小直径为31.5mm、高度为9.22mm的镁合金碟形件。实验发现旋压成形的旋轮轴向进给量、旋轮运动轨迹、坯料旋转速度和润滑剂等对镁合金板材的旋压成形有较大的影响。当旋轮采用梳形运动轨迹、轴向进给量为0.22mm、坯料转速ω=900r/min时,采用MoS2钙基脂润滑,可获得较好的旋压成形效果。     

基于RBF神经网络的丝杠热误差模型研究

数控机床的定位精度是反映机床性能的一项重要指标,由丝杠和螺母相对运动产生的热变形严重影响定位精度。结合丝杠热变形的非线性等特点,采用径向基函数神经网络方法建立丝杠热变形误差模型。同时在XHFA2420大型仿形定梁龙门加工中心,对模型进行了实验验证。