熔融沉积快速成形工艺控制研究

以一种自主开发的改性聚丙稀为成形材料，研究其熔融沉积快速成形的工艺特点轴时，对影响该工艺的各种参数如喷嘴温度，材料性能，分层厚度，填充速度，出丝速度，填充偏置和网络间距等进行实验分析。在此基础上，提出了提高快速成形实体的精度及表面质量的一系列措施，取得了良好的成形效果。结果对于ＦＤＭ工艺中有关新成形材料的开发及成形工艺参数优化控制的深入研究，提供了重要的依据。     

超硬铝合金无缝管材挤压成形工艺优化

为了揭示大型铝合金无缝管材挤压成形中的关键技术问题,以7075铝合金为例,采用刚黏塑性有限元法分析工艺参数对铝合金管材挤压成形过程的影响。研究结果表明:随着成形温度增加,挤出模口处所受附加拉应力逐渐降低,但过高挤压温度反而会增大黏附力;随着挤压速度增大,所需挤压载荷明显增加,且管材挤出过程中金属变形流动的均匀性随之降低;在挤压温度为430℃、挤压速度为2 mm/s时进行工艺实验,一次性成形大型铝合金无缝挤压管材,且所得制品的表面质量良好,符合使用要求。     

工艺参数对铝合金微齿轮热挤压成形的影响

针对7075铝合金微齿轮挤压过程中出现的微尺度效应问题,将退火后的7075铝合金进行等温微压缩试验,获得材料的真实应力应变曲线,导入DEFORM软件,并模拟微挤压成形过程。定义挤出端凸度来评定微挤压件的成形性能,挤出端凸度越小,则成形性越好。设计正交试验,研究入模角、坯料直径、挤压温度、挤压速度和摩擦因数等对微齿轮热挤压成形过程中最大成形载荷和成形性能的影响规律。分析结果表明：坯料直径对最大成形载荷和挤出端凸度的影响均最大;挤压速度对成形载荷的影响较大,挤压温度的影响次之;挤压温度对挤出端凸度的影响较大,挤压速度的影响次之;入模角和摩擦因数对成形载荷和挤出端凸度影响均较小。通过优化工艺参数模拟挤压得到质量良好的微齿轮。     

变通道转角挤压成形钼丝的有限元模拟研究

为了确定变通道转角挤压钼丝的工艺特征场的变量分布，通过有限元模拟和试验开展了以直径10 mm钼丝挤出直径6 mm钼丝的研究。试验验证了挤出过程中挤压力随行程的变化规律。分析了挤压速度对变形工件速度场的影响规律；分析了温度和等效应变的分布规律。结果表明：有限元模拟时最大挤压力的误差为9.20%；在通道转角处存在有梯度的增速区域和金属流动死区；通道转角区域的温度升高约100 ℃；挤出钼丝横截面上等效应变分布不均匀，刚性端的等效应变较小，其余部分上半区域的等效应变小于下半部分。     

圆柱体镦挤复合变形规律研究

针对镦挤复合成形过程中坯料在挤出时普遍存在的挤出高度不足的问题,利用Deform有限元软件模拟圆柱体自由端无约束时的镦挤复合成形过程,对镦挤成形过程的力学参数和变形规律进行分析;分别从理论和模拟两方面入手,研究正挤压和反挤压两种模式下的镦挤复合成形规律,模拟不同材料、不同挤出通道时的变形规律,绘制凸模行程与挤出高度曲线.研究结果表明：镦挤复合成形过程中的正挤压和反挤压具有一致的变形规律,当挤出通道直径为20~25 mm、摩擦因数为0.2~0.4时,适当地增大挤出通道直径和摩擦因数,均有利于提高坯料的挤出高度,当摩擦因数为0.35、挤出通道直径为25 mm时,坯料挤出高度最大.     

扫描速度对ZrO_2陶瓷膏体3D打印精度的影响

3D打印以其个性化定制的独特优势近年来在医疗修复领域迅速发展,挤出自由成型(EFF)工艺通过陶瓷膏体的分层堆积可以实现陶瓷义齿的定制化3D打印.以氧化锆为原料进行EFF系统的挤出成型工艺研究,主要从挤出丝、片层、立体模型3个方面探究了扫描速度对ZrO_2陶瓷膏体3D打印尺寸精度的影响.结果表明:扫描速度与打印制件精度的匹配存在最佳值,过快或过慢的扫描速度都不利于陶瓷膏体的成型;当扫描速度V_s=2 mm/s时打印的挤出丝、片层、立体模型尺寸误差小,打印精度较高.     

非均匀壁厚锻件成形工艺分析

非均匀壁厚产品在工程中应用广泛,但采用传统的成形方式有较多的局限性.以转向油泵定子为例,对典型非均匀壁厚产品的成形工艺进行了研究,提出了定子温挤成形的工艺方法.首先,对挤压成形过程进行了理论分析.然后,建立了定子挤压成形过程的刚粘塑性有限元模型,利用模拟软件对挤压工艺过程进行三维有限元仿真模拟.在此基础上,优化了成形工艺参数,分析了锻件在成形过程中的金属流动规律,提供了锻件成形过程中的应力场、速度场的分布,为指导其他非均匀壁厚锻件的生产提供依据.     

微束等离子选区熔化成形系统设计

设计一种微束等离子选区熔化实验平台，利用SolidWorks软件对各零部件进行三维建模与虚拟装配，实现直角坐标系机器人结构的实验平台实物搭建.在不同工艺参数下，开展单道、单层微束等离子选区熔化实验，采用多项式回归对成形道宽度进行拟合.结果表明，成形电流、成形速度与成形宽度呈正相关分布.在多层金属熔覆实验中，对于厚度为2.40 mm的金属薄板而言，最佳参数为12.0 A的电流、 2.0 mm·s^-1的扫描速度和20%的搭接率.最终得到的多层金属成形效果较好，证实微束等离子选区熔化工艺的可行性.     

基于微束等离子焊的快速成形中成形参数的优化

介绍了一种基于微柬等离子焊的直接金属快速成形方法，采用正交试验方法对成形工艺参数对截面宽高比的影响规律进行了研究，并获得了优化的工艺参数．研究结果表明，用宽高比大的成形轨迹制作的零件质量比用宽高比小的成形轨迹制作的零件质量高，而且脉冲电流、送丝速度、占空比、扫描速度和离子气流量对宽高比有显著影响．对采用优化参数制作的零件进行了表面平整度、抗拉强度、延伸率的测试，其测试数据明显优于未经优化参数制作的零件．     

基于Polyflow对纤维拉伸成形过程的模拟

纺丝熔体从喷丝微孔挤出之后,经过冷却、拉伸最终凝固成丝条.这个过程主要受到纺丝卷绕拉伸力和冷却空气对流传热等条件影响.利用Polyflow软件建立纤维拉伸成形的数值模型,模拟圆形截面纤维在冷却空气和不同的拉伸力等条件作用下纤维拉伸成形的过程.分析在此过程中拉伸速率、丝条温度和丝条半径的变化情况,在聚合物熔体纺丝工艺研究中起到一定的指导作用.     

硬脂酸钠改性纳米氢氧化镁效果研究

主要研究了采用硬脂酸钠对纳米氢氧化镁进行湿法表面改性的工艺过程,通过改性前后粉体的BET、沉降速度、吸油值和黏度等表面物化性能来评价纳米氢氧化镁的改性效果,同时将改性前后的粉体应用到软质PVC体系中,测定该体系的阻燃性能和机械力学性能。实验结果表明:改性后的纳米氢氧化镁粉体表面性质发生了明显变化,比表面积增大,亲油性和在有机相中的分散性明显提高;增强了与PVC之间的亲和力,改善了体系的阻燃性能和机械力学性能.     

T型模头熔体流动与模具变形耦合的数值模拟

为了研究T型模头熔体出口的流率均匀性,利用计算流体动力学软件Polyflow对一种T型模头内的熔体流动和模具变形进行了耦合数值模拟.结果表明:模具流道表面沿模具厚度方向的变形在挤出方向和模具宽度方向均为非线性变化,造成熔体出口流率均匀性与不考虑模具变形的理论设计结果相差较大;随着挤出量增加,狭缝沿模具厚度方向的变形增大,熔体出口流率均匀性降低;随着模具厚度增加,狭缝沿模具厚度方向的变形减小,熔体出口流率均匀性提高.     

复合改性剂对氢氧化镁的表面改性研究

采用硬脂酸钠/油酸钠/聚乙二醇6 000复配表面活性剂为改性剂,对氢氧化镁进行改性研究.通过改性前后氢氧化镁粉体的吸油值及其在液体石蜡中的吸光度等性能来评价氢氧化镁的改性效果,从而确定最佳改性条件,同时采用红外谱图研究了表面改性分子与氢氧化镁表面的作用机理.正交实验结果表明,在表面改性剂的质量分数为9％,硬脂酸钠/油酸钠/聚乙二醇6 000的配料比为2：2：1（质量比）,改性温度为60℃,改性时间为100 min条件下制备的产品性能优良,在石蜡中分散性良好,红外光谱显示表面改性剂分子在氢氧化镁表面发生化学吸附.     

EVA/无卤阻燃共聚聚酯共混物的制备及其相容性研究

采用熔融共混法制备出EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)/无卤阻燃共聚聚酯共混物,通过力学性能、差示扫描量热仪(DSC)、极限氧指数(LOI)和扫描电镜(SEM)分析了共混物的相容性、阻燃性和相结构.结果表明:EVA/无卤阻燃共聚聚酯共混物为不相容体系,EVA为连续相,无卤阻燃共聚聚酯是分散相;无卤阻燃共聚聚酯的加入可明显改善共混物的加工流动性和阻燃性;母粒法、多次熔融挤出和添加15%的相容剂都能使EVA与无卤阻燃共聚聚酯两相之间形成一定厚度的界面层,从而提高了共混物的力学性能.     

机车用折角式过滤器特性的数值模拟

研究了不同风速下通道宽度、折角角度及折角个数对机车用折角式过滤器阻力的影响,重点分析了高风速(≥5m/s)下过滤器的性能.结果表明:高风速下,16mm通道宽度过滤器的阻力增加迅速,对16mm和20mm通道宽度的过滤器而言,在6.5m/s风速下,间距增加25%,阻力减少36%.折角角度的改变会显著影响过滤器的阻力,在高风速下这一特征更加明显.在相同通道宽度,通道长度减少29%的情况下,二折角过滤器的阻力较三折角过滤器平均减少40%.在高风速、低阻力使用条件约束下,可依据研究结果设计过滤器几何参数,将折角过滤器作为多级过滤的第一级.     

低压粉末注射成型FeCrAl合金成型性能的研究

采用低压粉末注射成型技术制备FeCrAl多孔材料,并研究了粘结剂配比和温度对其成型特性的影响。将FeCrAl合金粉末与不同配方的粘结剂混合,分别采用差示扫描量热仪（differential scanning calorimetry, DSC）、热重分析仪（thermogravimetric analyzer, TGA）和旋转流变仪测试混合物的熔化温度、分解温度以及不同转速和温度下的黏度,计算原料体系的塑性成型指数。结果表明,不同粘结剂配比和不同温度下,原料的流变行为和成型特性不同。成型温度越高,黏度越低,成型性越好。相同温度下,石蜡和石蜡/硬脂酸配方成型性较好,但原料在高转速下易分层,且压注样品在溶液脱脂过程中发生溃散;采用石蜡/低密度聚乙烯/硬脂酸和石蜡/乙酸乙烯共聚物/硬脂酸配方制备的样品,成型性较好,且高转速下原料稳定。采用石蜡/低密度聚乙烯/硬脂酸配方制备的样品,经脱脂烧结后,外观完好,粉末之间呈现冶金结合,维氏硬度为210,抗弯强度为（250±20）MPa。     

基于FDM技术的多料口粒料3D打印 供料及挤料系统设计

FDM 3D打印机多采用由颗粒状热塑性材料加工而成的丝状热塑性材料,材料成本较高,且由于材料本身丝状的几何形状难以实现均匀混合,使得FDM彩色混色3D打印技术具有一定的局限性,难以实现多色混色打印。针对以上问题,根据传统挤出技术并结合熔融沉积(FDM)技术特点,研制了粒料式FDM 3D打印设备供料及挤出系统,原材料直接选用颗粒状塑料,并设计了多个进料口、储料仓和排气螺杆,进料采用穴播轮控制方式。设计结果可以实现不同颜色、不同塑料进料量的合理配比,使颗粒塑料实现充分熔化、加压、均化、排气、再均化、挤出过程,实现均质材质的粒料3D打印过程及多色混色打印过程。所提出的设计可以使用粒料直接进行3D打印,既降低了制料成本、缩短了制料周期,又实现了废料的有效利用,可为3D打印技术的发展提供参考。     

振动场下FFF热熔喷头内熔体表观黏度的理论研究

热熔喷头内部熔体的表观黏度是影响熔丝制造成型(FFF)产品机械性能的关键因素之一.本文首先提出利用振动改善FFF热熔喷头内部熔体表观黏度的方法,即对喷头施加纵向的正弦振动力场;然后针对施加振动后热熔喷头内部熔体的表观黏度进行了理论建模,并利用已有文献中的实验结果验证了理论模型的正确性;最后,利用所建模型探讨了施加不同频率振动后熔体表观黏度的变化规律,阐明了相应机理.研究表明:熔体表观黏度的理论与实验结果吻合度较好,理论模型正确;对热熔喷头施加振动场后,熔体表观黏度有效值随着振动频率的增大而逐渐降低.     

分子量双峰分布聚乙烯PE-SP2520的高速流变性能

采用恒速型毛细管流变仪研究分子量双峰分布聚乙烯PE-SP2520的高速挤出性能.结果表明：因分子量分布的特殊性,PE-SP2520的结晶度和熔峰温度均低于对比样品LLDPE-7047.高速挤出时PE-SP2520剪切黏度较高,非牛顿流动性较弱,入口压力降和熔体强度较高.与对比样品比较,PE-SP2520挤出稳定性好：挤出压力稳定,流动曲线连续,挤出畸变主要为鲨鱼皮畸变.流动稳定性提高的重要原因在于分子量双峰分布使分子链缠结能力下降,熔体/管壁边界应力集中效应弱.     

精密挤出成型过程中的多变量模糊解耦控制

在聚合物精密挤出成型加工过程中,机头熔体温度与机头压力是影响精密挤出成型制品质量的关键因素.文中通过动态特性实验,采用系统辨识的方法,建立了机头熔体温度与机头压力关于机头加热器功率与螺杆转速的输入输出传递函数矩阵模型,提出了一种熔体温度与机头压力的模糊解耦控制算法,并采用可编程计算机控制器予以实现.通过在挤出装置上进行的运行实验验证了该模糊解耦控制算法的有效性,有助于推动精密挤出成型控制技术的发展.