航空复合材料的组合凸轮式Z-pin预植入机的设计与实现

为解决当前Z-pin植入设备植入效率低、Z-pin易折断或打滑等问题,并推动Z-pin增强技术高效地应用于民用和国防事业,开发了基于组合凸轮的高效高精度Z-pin预植入机。首先,根据航空矩形类复合材料层合构件的预植入工艺技术要求,分析了预植入机的功能需求。其次,提出了先"剪切"后"植入"组合凸轮式预植入机的机构运动方案。采用解析法设计了预植入机的凸轮机构,计算了凸轮机构的理论轮廓曲线。然后,构建了含有间隙凸轮机构的弹性动力学模型,优化了组合凸轮的转速,进行了组合凸轮的虚拟样机运动仿真。最后,设计制造了实验样机,通过植入实验验证了组合凸轮设计的正确性和合理性,并根据实验中出现的问题优化了植入运动方案。实验结果表明,该方案使Z-pin植入效率得到大幅提高,以植入间距3mm×3mm为例,其效率能够达到5 080mm2/min,植入成功率控制在99%以上,植入间距、植入深度和纤维长度等参数的精度均控制在±0.01mm以内。预植入机操作方便,人机界面友好,长时间工作平稳,无Z-pin折断等问题出现,能满足当前对Z-pin植入设备植入效率、植入精度的要求。     

航空复合材料的组合凸轮式Z-pin预植入机设计与实现

目的：为解决当前Z-pin植入设备植入效率低、Z-pin易折断或打滑等问题,并推动Z-pin增强技术高效地应用于民用和国防事业,开发了基于组合凸轮的高效高精度Z-pin预植入机。方法：首先,根据航空矩形类复合材料层合构件的预植入工艺技术要求,分析了预植入机的功能需求,然后,提出了先“剪切”后“植入”组合凸轮式预植入机机构的运动方案。采用解析法设计了预植入机的凸轮机构,计算了凸轮机构的理论轮廓曲线。构建了含有间隙凸轮机构的弹性动力学模型,优化了组合凸轮的转速,并进行了组合凸轮的虚拟样机运动仿真。最后,设计制造了实验样机,并通过植入实验验证了组合凸轮设计的正确性和合理性,并根据实验中出现的问题优化了植入运动方案。结果：植入效率得到大幅提高,其效率能够达到294×294mm2/(99×33/192)min,较普通针对矩形类复合材料层合构件的Z-pin预植入机的植入效率提高约5.64倍。植入成功率控制在99%以上,包括植入间距、植入深度、纤维长度在内的植入精度均控制在±0.01mm以内。设计的机构操作方便,人机界面友好,长时间工作平稳,无Z-pin折断等问题出现。结论：满足当前对Z-pin植入设备植入效率、植入精度的要求,同时Z-pin不易折断或打滑。     

Z-pin增强对自动铺丝复合材料T型接头拉脱、剪切性能影响的试验研究及数值模拟

针对自动铺丝复合材料T型接头,开展了Z-pin增强对结构件拉脱以及剪切性能影响的试验研究及数值模拟,拉脱试验和剪切试验分别在电子拉伸试验机(CMT5504)和MTS大吨位疲劳系统上进行。试验研究了Z-pin增强和非增强两种试件,绘制了位移-载荷曲线图。拉脱试验结果表明:Z-pin增强可显著提高拉脱承载能力,同时,与非增强T型接头相比,Z-pin增强明显延缓了掉载。试验件的破坏位置都在中间层和蒙皮之间;剪切试验结果表明;Z-pin增强可显著提高剪切承载能力,Z-pin增强试验件的破坏位置在筋条和中间层之间,非增强的试验件的破坏位置在中间层和蒙皮之间。在此基础上建立了T型件拉脱以及剪切有限元模型,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况,在分层的部位建立添加非线性弹簧来模拟Z-pin的增强作用,模拟结果与实验结果比较吻合,验证了模型的有效性。     

一种高速高精的路径动态前瞻规划算法

由于路径规划过程与速度规划过程之间缺乏信息交换,加工过程会出现加工速度与加工质量降低的现象,针对这一问题,提出了种高速、高精的路径动态前瞻规划算法。根据相邻加工路径之间的关系,规划出过渡圆弧半径的初始值;根据当前过渡圆弧与相邻的前一个过渡圆弧之间的关系,调整当前过渡圆弧的半径值;利用前瞻算法,结合具体的速度规划方式,进一步调整过渡圆弧的半径值,以确保加工过程中刀具既可以加速到路径所允许的最大速度,又可以在减速点前进行有效的减速。试验表明,通过将路径规划过程与速度规划过程相结合,算法在系统允许的误差范围内实现了有效的路径规划,并且最大程度地提高了加工速度,在保证加工精度的同时,提高了加工效率。     

适用于深腔加工的超声振动系统设计与试验

针对传统深腔加工过程中由于切削力、切削热过大而导致其加工精度降低、表面质量较差的问题。提出一种适用于深腔加工的超声振动系统方案,设计了旋转式有气隙的无线电能传输装置、超长型指数过渡复合变幅杆,并通过仿真软件和试验对其结构进行了分析和验证。试验结果表明:超声振动系统未达到最佳谐振状态前,其输出端振幅随着超声波发生器功率的增大而增大。整个系统在8小时连续工作过程中,系统谐振频率、电流保持稳定,输出端振幅基本不变、雾化效果良好,且零部件深腔加工的表面质量和加工精度也较高。     

Z-pin增强陶瓷基复合材料拉伸性能及损伤研究

研究Z-pin横向增强平纹编织陶瓷基复合材料的拉伸件能及损伤.碳纤维平纹编织物和碳纤维Z-pin制备的预制体,通过化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)工艺制成Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料.采用单轴拉伸试验及加一卸载试验研究材料拉伸力学性能参数及破坏机理.结果表明,Z-pin嵌入引起的面内纤维断裂、损伤以及弯曲变形,降低了平纹编织陶瓷基复合材料的抗拉强度;Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料抗拉应力应变曲线具有非线性特性;卸载再加载过程中损伤基本没有增加,残余应变与卸载应力成二次关系,卸载模量与卸载应力成Boltzmann关系.     

激光熔丝增材制造丝材过渡状态的电磁振动监测方法

提出一种在线监测激光熔丝增材制造中微细丝材(1~2 mm)过渡状态的电磁振动监测方法,建立监测系统的数学模型并研制原型装置。通过设计试验,采用磁性以及非磁性微细丝材对监测系统的振动发生、信号采集等功能进行测试与验证,发现可获得强度显著大于环境噪声的稳定振动信号,证实了监测方法的可行性。基于该装置,开展了激光熔丝增材制造工艺中丝材过渡状态的监测试验研究。结果表明:滴状过渡时,成形中,基板接收到的振动信号低于环境噪声强度(约为-70 d B);而液桥过渡时,可获得清晰的振动信号(强度-67~-62 d B),高于环境噪声强度。综上,采用所研制的原型装置可清晰分辨滴状过渡与液桥过渡这两种典型的丝材过渡状态,能对激光熔丝增材制造工艺的丝材过渡状态进行有效监测。     

轴颈外圆磨削成圆过程的双转子耦合模型及仿真算法

主轴轴颈外圆的圆度对机床主轴部件的回转精度具有直接而重要的影响。磨削加工是实现轴颈外圆高精度加工的最重要的手段。虽然磨削技术在主轴外圆加工上已长期应用,但是利用现有的研究成果,还难以对一个既定的磨削系统的磨削成圆过渡过程进行完整有效的定量仿真,也难以对磨削工件的最终圆度进行科学合理的预测。在吸收国内外磨削转子系统模型成果的基础上,进一步考虑外圆磨削过程中砂轮和工件之间的相互耦合作用、材料去除、转子振动及变形协调规律,建立了外圆磨削系统的双转子耦合振动模型,提出了模拟轴颈材料去除和圆度变化的"磨削力-瞬时磨削深度"迭代算法。利用所建立的双转子模型和迭代算法,对不同磨削策略下轴颈外圆成圆的过渡过程进行了定量仿真,再现了轴颈材料去除和外圆轮廓变化的全过程;比较研究了不同磨削策略对磨削效率和最终加工圆度的影响规律。进行了相应的磨削试验和对比验证,试验结果证实了所提出的轴颈外圆磨削的双转子模型和迭代算法的有效性和合理性。     

超声振动搅拌装置用于EDM加工的试验研究

利用超声波清洗原理及搅拌作用 ,设计电火花加工超声振动搅拌装置 ,并进行加工试验。结果表明 ,超声振动搅拌装置对改善加工表面粗糙度、提高加工效率有明显效果     

X-cor夹层结构剪切强度的有限元分析

利用有限元软件分析了X-cor夹层结构的剪切强度及失效机理,提出了失效判据和材料刚度退化规则,明确了X-cor夹层结构的失效过程和模式;根据失效判据,采用有限元模型中发生刚度退化的单元及其分布模拟失效类型及扩展路径,说明了X-cor夹层结构的剪切失效机理。结果表明:在剪切载荷下,树脂区首先失效,然后是Z-pin拔出面板、Z-pin被剪断及Z-pin屈曲多重失效模式并存;有限元分析结果与试验数值吻合较好,说明了失效判据和刚度退化规则选择的有效性。     

送丝滚轮电火花修棱加工技术研究

研究开发的送丝滚轮电火花修棱加工系统,主要由单片机控制装置、CNC电火花加工装置、送丝滚轮自动分度装置等部分组成,应用该系统对送丝滚轮电火花修棱加工进行了工艺试验研究.     

基于谐振原理的硅微薄膜弯曲疲劳装置的设计

根据梳状驱动器原理设计了一种静电力驱动的硅微薄膜弯曲疲劳试验装置,所设计的装置可以由微机电系统表面牺牲层标准工艺制作加工。对所设计疲劳试验装置的圆弧梳状驱动器电容及静电驱动力进行了理论分析,并在此基础上采用有限元分析软件ANSYS对装置进行了模态分析与简谐分析。分析结果表明：当所施加的交流电压频率与结构的一阶固有频率相等时,试样在其缺口根部取得最大应力值,该应力值与所加交直流电压乘积的大小成线性关系,利用该关系式可对试验所需电压值进行预测。有限元分析和制造结果观测表明,所设计的装置符合微机械疲劳试验要求。     

井下工具深孔内壁加工系统及试验研究

针对石油钻采、测井等领域井下工具深孔类零件内壁盲孔及键槽的加工难点,设计深孔内壁专用加工装置,并介绍其工作原理;设计与该加工装置配套的深孔内壁加工系统,为加工装置提供装载平台。以TC4钛合金深孔零件为试验对象进行深孔内壁盲孔及键槽的试验验证,分析切削参数对加工质量的影响,验证了深孔内壁加工系统的有效性,为井下工具深孔内壁盲孔及键槽的高效、精密加工提供一种新方法。     

压电自适应微细电火花加工技术

针对微细电火花加工技术的特点,开发、研制了新型的压电自适应微细电火花加工装置,介绍了该装置的结构和工作原理,分析了压电致动器的性能以及放电间隙与开路电压的关系,并利用该装置进行了试验研究。试验结果表明该加工技术可以实现放电间隙与放电状态的自适应调节,加工效率较高。     

基于改进等宽凸轮机构的磁流变悬架试验装置及LabVIEW测控系统

研制了一种新型的车辆磁流变悬架试验装置,在同一整体框架中既可进行磁流变阻尼器阻尼特性试验,又可进行悬架系统减振试验。该装置机电结构简洁紧凑,特别是激励系统中设计了一种改进型等宽凸轮机构,比传统的等宽凸轮机构结构更简捷、加工安装更方便。基于LabVIEW虚拟仪器平台开发了试验装置的测控系统,设计了相应的硬、软件。利用该装置进行了磁流变阻尼器阻尼特性试验,试验结果验证了该试验装置与LabVIEW测控系统的正确性与可行性。     

孔内腔铣削装置

数控石油测井系统关键部件之一探头外壳如图1所示。该部件普遍采用孔内腔槽定位的联接方式。本文介绍的这套孔内腔铣削装置是为加工此孔内腔槽而设计的,并在X5052立式铣床上进行加工,经试验效果较好。我所研制的数控测井系统关键部件探头外壳,经有关部门鉴定质量达到设计要求,现已批量生产:内腔槽就是采用该铣削装置加工的。     

混粉电火花加工中粉末粒度特性及涡流分离器的仿真设计研究

利用自行研制的混粉电火花工作液处理系统对混粉电火花加工中粉末粒度对加工性能的影响进行分析与实验研究,证明粉末粒度越小加工效果越好。利用Solidworks的插件COSMOSFloWorks流体分析软件进行仿真试验,设计制造出适合于分离不同大小粉末颗粒的涡流分离器。从而能配合其他混粉工作液处理装置组成混粉工作液处理系统,得到优质的加工效果。     

重型燃机燃烧室过渡段制造技术及应用

对重型燃机燃烧室过渡段各单件制造工艺及其组合加工技术进行研究。产品主要由前套筒、过渡段及其外套、安装边及安装定位和吊挂用辅助装置构成,通过焊接形成薄壁异形腔体。成功应用了盒形冲压拉深成形技术、过渡段空间结合面激光加工技术、钣金件空间型面检测技术、空间曲面机械手焊接技术、空间多孔的水切割加工技术、后安装边整体锻件自由锻成形技术和高精度斜孔电火花加工技术等关键技术,解决了重燃燃烧室过渡段加工中的各项问题。     

一种新型机车光电型过渡与速度信号输出装置的设计

论述了光电型过渡与速度信号输出装置的开发过程,介绍了其工作原理和试验情况。试验结果表明,光电型过渡与速度信号输出装置完全可以取代东风4型机车现在使用的过渡装置,实现了测速电机与过渡装置的更新换代。     

微机整体锻压加工系统

本文介绍一个由微机控制运行的计算机整体锻压加工系统。该系统由模具的计算机辅助设计、加工,计算机控制的自动锻压加工单元,计算机辅助管理及计算机区域网络几部分构成。文章介绍了各部分采用的设备、使用的软件以及所具备的功能,并描述了系统运行的过程。还对计算机整体加工系统的主要特点,一般生产加工系统向之过渡时的主要考虑因素进行了讨论。