我校一项省科技发展计划重大项目通过鉴定

由我校辊锻工艺研究所杨慎华教授和寇淑清教授共同主持的吉林省科技发展计划重大项目“发动机连杆裂解槽激光加工自动化机床研制”日前通过吉林省科技厅组织的专家鉴定。鉴定委员会认为，该项目技术方案新颖，主要技术参数先进合理，工作过程稳定可靠。该成果属国内首创，在发动机连杆裂解槽激光加工工艺与装备的研究设计方面达到了国际同类技术的先进水平。     

发动机连杆裂解加工及其关键技术

分析了断裂的剖分机理和发生条件,并对裂解连杆材料、预制初始裂纹槽、定向裂解、定扭矩装配螺栓等连杆裂解加工的关键技术与核心工艺进行了探讨。研究开发了具有"背压"裂解功能的定向裂解机床,并对轿车发动机连杆裂解加工过程进行了数值分析与试验探索。结果表明:合理设计裂纹槽位置与几何参数并保证加工精度,可有效降低裂解加工载荷。背压裂解加工方法有利于提高裂解加工质量,在瞬时加载条件下,合理调节背压力与裂解力比值,可获得性能优良的断裂面。     

脉冲激光加工连杆裂解槽数值仿真

建立了YAG脉冲激光加工裂解槽三维瞬态温度场有限元模型,并对热源加载形式、离焦量、材料热物理性能参数、单元生死等技术问题进行了分析。对激光在C70S6高碳微合金非调质钢上移动切割裂解槽进行了数值模拟,得到不同切割参数下槽深、槽宽及温度场,总结出光斑直径、激光功率、脉宽、加工速度等参数对裂解槽加工的影响规律。将数值分析结果与激光切槽试验进行了对比,对激光加工裂解槽工艺参数的选择提出了建议。     

激光预制裂纹槽的断裂分析

进行了单边激光加工裂纹槽试样轴向拉伸试验。试样取自用高碳微合金非调质钢(C70S6)锻造的连杆。分析了激光预制裂纹槽对材料断裂的影响,并与线切割和拉削加工裂纹槽拉伸断裂试样进行了断口分析和断裂载荷的对比。结果表明:采用激光预制裂纹槽试样的断口具有最小的裂尖塑性变形区域,与有相同裂纹槽深度的线切割和拉削加工裂纹槽试样相比,其拉伸断裂载荷分别小20%和30%左右。在试验结果基础上确定了激光加工裂纹槽的等效临界应力强度因子为25.51 MPa.m1/2。本文结果可用于激光预制裂纹槽的连杆裂解载荷参数计算。     

汽车连杆裂解槽视觉检测技术

针对汽车连杆裂解槽人工检测工作量大、效率低且误差大的现状,提出一种基于机器视觉的汽车连杆裂解槽检测方法。该方法利用CCD摄像机获取检测图像,通过同态滤波技术滤除背景噪声以提高检测图像的质量,通过自适应阈值的Canny边缘检测方法提取有效边缘信息,通过圆形度和扁度对目标特征进行检测和识别,通过对汽车连杆进行实际检测来验证本文方法。实验结果表明:本文方法能够快速准确地实现汽车连杆裂解槽的自动检测识别,具有良好的检测效果。     

发动机连杆裂解加工初始裂纹槽几何参数研究

分析比较了裂纹槽的设计位置、几何形状以及预制方法;对含有预制裂纹槽的C70S6钢连杆的裂解加工过程进行了数值模拟分析和连杆断裂剖分实验,给出裂纹槽几何参数对裂解力水平的影响规律.结果表明,在其他参数不变的条件下,裂纹槽深度对裂解力的影响最为显著,随着槽深增大裂解力锐减;提高锐度及减小张角可降低裂解力,但曲率半径为0.1~0.3 mm或张角>30°时,裂解力增幅较小且趋于稳定.研究结果对合理设计裂纹槽、降低切槽成本、提高连杆裂解质量具有参考价值.     

连杆预制裂纹槽几何参数对胀裂力的影响

为了减小连杆裂解加工中所需的裂解力,提高裂解加工质量,利用MSC.Marc软件,建立了连杆裂解加工的有限元模型;采用正交试验设计方法,分析了预制裂纹槽几何参数对裂解力的影响规律;通过方差显著性分析得出槽深h对裂解力的影响最为显著,其次是张角α,而曲率半径r对裂解力的影响较小。裂解力在张角α≤45°时增大相对缓慢。随着槽深h的增加裂解力降低,当h≥1.0 mm时,裂解力降低缓慢。     

单晶锗微结构的超声振动辅助微切削加工

为解决单晶锗微结构元件超精密金刚石切削加工的技术难题,提出采用超声振动辅助切削技术提高单晶锗的临界未变形切屑厚度,并推导了微结构切削中切屑厚度的理论计算公式. 进行微圆弧金刚石刀具的振动辅助微切削实验,研究临界未变形切屑厚度随振幅的变化规律,分析微槽表面加工质量和切屑形貌等. 分析4.5 μm和10.0 μm深的十字槽、矩形凸台等微结构的加工质量,针对微槽边缘的加工损伤问题,采用“切深递减”同时结合横向进给的工艺方法. 实验结果表明:微槽切削中切削深度的理论计算值存在较大的误差,应选用直接测量法;振动辅助切削的临界未变形切屑厚度随着振幅的增加而增大,最高达到了704 nm,是普通切削深度的5.2倍. 与普通切削相比,振动辅助加工可以在一定程度上降低微槽表面粗糙度. 采用振动辅助微切削技术能够在大切深条件下加工出具有较高表面质量和轮廓精度的微结构,能够有效解决微槽侧面加工损伤问题,微槽表面粗糙度R_a值低至3.09 nm.     

连杆背压裂解加工方法

通过数值模拟与实验相结合的方法对准静态加载条件下的连杆裂解过程进行分析,确定了C70S6连杆裂解的临界J积分值,并对背压裂解过程进行数值模拟分析,对背压力对于连杆裂解J积分、韧带区场变量及裂解力的影响进行探索。模拟结果表明:背压力使沿连杆裂纹槽长度方向的裂尖J积分梯度增大,使应力更快、更有效地集中在裂纹槽中部,有利于裂纹槽起裂和裂纹快速扩展,可减少因裂纹分叉、交汇异常等引起的裂解加工缺陷,但是背压力增加的同时也增大了胀断主动力和裂解力,建议背压力设定为胀断主动力的1/4。     

基于样件测试法的五轴机床误差辨识方法

为了提高五轴机床误差模型的预测能力,提出一种基于样件测试法的五轴机床误差间接测量方法,并完成了阶梯轴样件的优化设计.通过对机床空间误差模型进行反求,建立样件加工误差与机床不同误差项之间的函数解析关系,进而得到了机床不同加工状态的动态误差.通过试验验证了该方法的可靠性.结果表明:该方法与激光测量结果吻合较好,可以提高五轴...     

一种内径尺寸光电非接触测量方法

基于光三角测量原理,提出了一种内径尺寸的非接触测量方法。对单光三角测量原理进行了分析,给出了相应的内径尺寸计算公式,并建立了解决单光三角法光探头偏心的数学模型。应用单光三角测量原理,结合半导体激光准直技术、现代传感技术、伺服控制技术和计算机技术研制了一种非接触式内径尺寸测量系统。论述了系统的组成和总体结构,并通过实验对系统的测量精度进行了验证。结果表明:测量系统分辨率可达0.01 mm,测量极限误差不大于0.03 mm,该测量方法是可行的。     

连杆预制裂纹槽激光加工工艺参数

为研究激光器工艺参数对连杆预制裂纹槽的影响规律,本文采用YAG固体激光器对捷达轿车连杆进行了预制裂纹槽的切割加工试验.通过改变激光器的功率、切割速度、脉宽、频率、入射角等参数研究各参数对预制裂纹槽加工质量的影响规律.试验结果表明:采用氩气作为辅助气体,高功率密度与低扫描速度有利于提高裂纹槽质量;重复频率的提高会导致裂纹槽宽度增加,当重复频率由26 Hz增加到36 Hz时,槽宽增加0.05 mm左右;入射角取15~30°时切割的裂纹槽质量较好.     

汽缸套内表面激光处理通用程序设计

本文介绍了汽缸套内表面激光处理通用程序的设计。该程序用Ｃ 语言编制, 通过运行该程序, 完成了汽缸套内表面激光处理的工艺设计, 为汽缸套内表面的处理提供重要参数, 可利用该参数编制用于汽缸套内表面处理的数控程序。试验证明： 该程序具有较强的通用性, 适合各种尺寸及要求不同淬硬面积的汽缸套内表面处理, 也可推广用于管类零件的内表面处理。     

6061铝合金表面激光熔覆温度场的仿真模拟

利用连续波Nd:YAG固体激光在6061铝合金表面激光熔覆SiC陶瓷粉末，采用ANSYS有限元软件对6061铝合金激光熔覆过程中热量传递及温度场分布进行模拟，在分析过程中采用三维单元，并考虑了材料热物性的非线性及对流和辐射的边界条件，建立了有限元模型，得出了熔覆过程中试样表面的温度分布模拟图.结果表明，温度场模拟等温线呈椭圆形，在移动热源的前方等温线密集，温度梯度较大，热源后方的等温线稀疏，温度梯度较小，熔池内最高温度与激光扫描速度、光斑半径均成反比，与激光功率成正比.模拟结果为陶瓷金属基复合材料激光熔覆工艺参数的优化提供了理论依据.     

考虑表面形貌的腐蚀钢板疲劳缺口系数

为有效模拟钢板腐蚀后的复杂形貌,得到基于真实表面形貌的钢板疲劳缺口系数,采用盐雾法对Q235钢板进行快速腐蚀试验,并对腐蚀表面进行三维测量.利用逆向工程软件Geomagic Studio和数值分析软件ANSYS建立三维腐蚀实体模型,分析表面应力分布.最终通过计算得到了疲劳缺口系数值,并将计算结果和试验结果进行对比.结果表明有限元分析结果与疲劳试验结果两者误差非常小,从而验证了模拟方法的可行性.通过Geomagic Studio可实现快速三维可视化建模,非常好地模拟腐蚀形貌特征,结合ANSYS可灵活、高效地估算各种复杂形貌构件的疲劳缺口系数.     

基于单目激光的小球冠形球面参数测量方案研究

针对已有检测方法无法满足小球冠形构件表面形貌轮廓高精度测量需求的问题,提出基于单目激光头的小球冠形构件形貌轮廓精密测量方案。设计1种用于测量高精度小球冠形构件表面形貌轮廓的检测装置,采用基于共基面原理的两自由度高精度气浮定位平台减少定位误差;对得到的球面点坐标采用最小二乘法拟合球面半径,在拟合过程中改变目标函数,将拟合计算转化为求解广义特征向量。结果表明采用提出的测量方案检测小球冠形构件表面形貌轮廓可获得较高的测量精度。     

Modeling notch wear of ceramic tool in high speed machining of Nickel-based superalloy

On the basis of theoretical analyses and calculations of high speed continuous impact force and tool notch surface temperature acted upon by burr and serrated chip edge, a notch wear model of low stress value and temperature impact fatigue was established. Saw-tooth-shaped burr and fin-shaped chip edge continuously impacts the rake face and flank face at high speed and high frequency, which results in a V-shaped notch wear. An experiment was done to validate that the saw-tooth-shaped burr does affect the notch wear. This model can be utilized to solve reasonably many problems that cannot be explained by any other theoretical assumptions.     

Modeling Notch Wear of Ceramic Tool in High Speed Machining of Nickel-based Superalloy

On the basis of theoretical analyses and calculations of high speed continuous impact force and tool notch surface temperature acted upon by burr and serrated chip edge, a notch wear model of low stress value and temperature impact fatigue was established. Saw-tooth-shaped burr and fin-shaped chip edge continuously impacts the rake face and flank face at high speed and high fre-quency, which results in a V-shaped notch wear. An experiment was done to validate that the saw-tooth-shaped burr does affect the n...