飞机结构件内腔自动打磨工艺

飞机结构件的内腔结构复杂,打磨工艺难以控制,为提高打磨表面质量和打磨效率,设计了一种具备轴向/径向恒力控制的末端执行器,并搭建了自动打磨实验台。运用正交实验对磨具粒度、打磨压力、进给速度等打磨工艺参数进行了极差分析和方差分析,得到了显著因素和最优水平组合。以表面粗糙度和去除深度为评价指标,建立BP神经网络预测模型,并对训练后的模型进行实验验证。实验获得的实测值与预测值的相对误差在5.5%以内,表明该模型对表面粗糙度和去除深度有良好的预测能力,可有效地提高打磨工艺设计的效率。     

机器人打磨碳纤维复合材料工艺研究

碳纤维复合材料由于其优越的性能正被广泛应用于工业领域,为提高打磨该材料的表面质量及改善打磨环境,在工业机器人基础上开发一自动打磨系统并对打磨工艺进行研究。基于被动柔顺装置(Pushcorp AFD71)设计机器人打磨末端执行器,相较于传统打磨工具,它具有恒力输出、力控制稳定简单、响应快等优点。重点研究了机器人自动打磨系统的集成以及利用该系统对碳纤维复合材料进行打磨实验,研究各参数(主轴转速、机器人移动速度、打磨正压力、倾角和砂纸粒度)对表面粗糙度的影响。最后通过碳纤维复合材料顶盖横梁的打磨应用验证了该机器人自动打磨系统的实用性和优越性。     

磨削参数对硬质合金刀片圆弧表面锯齿的影响

为了控制硬质合金刀片圆弧刃处的表面质量,通过分析单颗磨粒与工件的接触长度和最大未变形切屑厚度的关系,建立了其磨削力学模型.基于正交试验的方法,对该硬质合金刀具进行不同磨削参数的加工实验,并采用VHX-600超景深光学显微镜等观测仪器对刀具圆弧面的锯齿深度和表面粗糙度进行观测.结合圆弧刀刃的磨削力学模型和实验加工结果,并基于锯齿成型机理分析了不同磨削参数、刀片材料以及结构等对刀片圆弧的锯齿及粗糙度的影响规律.结果表明,提高砂轮转速、降低圆弧转动速度、减小磨削深度、控制刀片材料的质量、合理设计刀片结构可以提高刀片圆弧处的表面质量,提高刀具的耐用度.砂轮磨削圆弧转动速度为24 m/s、圆弧转动速度为8 °/s、磨削深度为0.05 mm时磨削效果较佳,可以获得较小的磨削力、锯齿深度及表面粗糙度.     

40Cr超高速磨削工艺实验研究

采用CBN砂轮,在砂轮线速度为90~210 m/s的磨削条件下,对40Cr进行了超高速磨削工艺实验.分析了在超高速磨削过程中砂轮周围气障对磨削过程的影响,讨论了砂轮线速度、切削深度、工件速度等工艺参数对磨削力、工件表面粗糙度、比磨削能的影响.实验表明,在高速超高速磨削过程中,砂轮速度提高使得磨削力大大减小,工件表面粗糙度值下降,工件表面质量得到提高;加大切削深度而工件表面粗糙度值增加不大,大大提高了磨削效率,同时也保证了工件表面质量.     

光学元件磁性复合流体抛光特性研究

采用磁性复合流体(MCF)对BK7玻璃进行定点抛光实验,对抛光斑进行三维模型重构,并对磁场空间分布进行仿真与实验分析,阐明抛光材料去除机理,确定材料去除率、表面粗糙度及硬度随抛光时间的变化规律,建立了材料去除量与磁通密度的关系曲线。实验结果表明:抛光形成的抛光斑表面轮廓为蝶形,其沿抛光轮轴向的截面轮廓呈"W"形;材料去除量与磁场强弱及抛光时间密切相关,抛光深度去除率最高可达553 nm/min;表面粗糙度随抛光时间的增加先上升后下降,MCF抛光可获得表面粗糙度Ra6 nm的光滑表面,且粗糙度与硬度呈现一定的正相关关系。     

车削氟金云母陶瓷脆性破碎机理及表面粗糙度模型

基于脆性断裂力学和刀具-工件干涉原理,研究氟金云母陶瓷脆性破碎机理及表面成形机制,预测了脆性材料车削中的裂纹扩展角度与深度;建立氟金云母陶瓷车削表面粗糙度理论模型,用以评价精密车削陶瓷表面质量并提高加工效率.脆性材料车削表面粗糙度由几何干涉粗糙度和脆性崩碎粗糙度构成.刀具几何形状和进给量主要影响几何干涉粗糙度,工件力学性能、切削速度、切削深度和切削力主要影响脆性崩碎粗糙度.验证实验结果表明,氟金云母陶瓷车削表面粗糙度随切削速度的增大而减小,随进给量或切削深度的增大而增大.本模型的理论预测值与实验结果趋势一致,与传统的几何模型相比更接近实验值.     

基于层次聚类的飞机成型模具表面波纹检测技术

为解决飞机成型模具打磨后形成的表面波纹难以检测和分类的问题,本文研究了基于层次聚类算法的复杂曲面表面波纹检测技术。通过中值滤波和小波变换对表面波纹图像进行预处理,有效地消除了表面粗糙度和噪声的影响,采用图像灰度共生矩阵提取了表面波纹的能量、对比度、熵、逆差矩等作为特征参数,并建立层次聚类模型。实验结果表明：该预测模型的分类正确率达到90%,可满足飞机成型模具表面波纹检测要求。通过对比表面波纹实际特征,对层次聚类后的样本进行了分类和定义,并分析各类波纹产生原因,提出并验证了不同类别表面波纹的去除方法和工艺,有效地改善了飞机成型模具的表面质量。     

激光热辅助磨削石英玻璃的实验研究

采用正交实验研究了工艺参数对石英玻璃激光热辅助磨削后的表面粗糙度、表面形貌和砂轮磨损情况的影响.结果表明:激光热辅助磨削可以提高临界磨削深度、石英玻璃的表面磨削质量及效率.激光功率对激光热辅助磨削表面粗糙度影响最大，但不呈线性关系，最优激光功率为175W，对应粗糙度为0.262.通过激光辅助，实验过程中玻璃脆性下降，塑性提高，实现了石英玻璃的塑性域磨削，减轻砂轮磨损，降低了磨削表面的剥落坑.     

HIPSN陶瓷干/湿磨情况下表面磨削质量研究

目的探索在干/湿磨情况下,金刚石砂轮磨削HIPSN陶瓷时各磨削参数对表面磨削质量的影响规律,以及有无磨削液对HIPSN陶瓷材料去除方式的影响.方法设计三因素四水平正交实验,在干/湿磨情况下分析砂轮线速度、磨削深度及工件进给速度等磨削参数对表面磨削质量及表面形貌的影响规律.结果表面粗糙度值随着砂轮线速度的提高而降低,随着磨削深度的增大而减小,提高工件进给速度,表面粗糙度先减小后增大;干磨时的表面粗糙度值低于湿磨时的表面粗糙度值;干磨时塑性去除的比例高于湿磨时塑性去除的比例.结论磨削质量与磨削温度密切相关,提高砂轮线速度、增大磨削深度以及适当的工件进给速度,有助于增加塑性去除,改善磨削质量;干磨时的磨削温度高,塑性去除比例大,磨削质量高,稳定性好.小去除量磨削HIPSN陶瓷时,干磨时的表面磨削质量优于湿磨时的表面磨削质量.     

钢轨试件砂带磨削行为试验研究

研究砂带磨削U71Mn钢轨试件的加工行为可为钢轨打磨提供基础试验数据支撑,并能探讨研发新型钢轨打磨技术关键问题.本文借助砂带试验机开展了磨削钢轨试件的加工试验,研究了砂带磨削速度、磨粒粒度等因素对材料去除效率、表面层硬度、表面粗糙度、磨削比、磨削力比的影响规律,试验表明:材料去除效率并非与砂带速度呈线性关系,较粗的磨粒与合适的砂带速度可提高材料去除效率;砂带磨削可不同程度地提高钢轨试件表层硬度,磨削速度越高、磨粒粒度越粗,对钢轨试件表面层硬化程度越明显;相比磨粒粒度而言,砂带磨削速度对表面粗糙度的影响较小;针对磨削比这一重要指标,砂带比砂轮呈现了较为明显的效益优势;磨削力比过程数据表明其变化趋势可用于表征砂带磨损.     

固结磨料研磨蓝宝石的表面粗糙度模型

表面粗糙度是衡量工件加工质量的重要判定指标。通过分析磨粒的形貌特征,对固结垫表面的有效磨粒进行识别,建立固结磨料研磨蓝宝石的表面粗糙度模型。开展了不同粒径和不同压力条件下的固结磨料研磨蓝宝石的实验研究,对比分析了不同粗糙度模型下实验和模拟结果。结果表明:采用图像识别方法能够精确测算固结磨料垫表面的有效磨粒数,采用图像识别技术测算的表面粗糙度数值与实验结果更为接近,利用该模型能够有效预测固结磨料研磨蓝宝石的表面粗糙度,对于设计工艺路线及优化工艺参数具有重要意义。     

换能器阵列型超声抛光机理及声场仿真和实验研究

为了提高工件表面抛光质量和抛光效率,对传统非接触式超声振动抛光进行了改进,将单个换能器换成换能器阵列,同时加入料筐的旋转运动,设计了实验样机。分析了超声抛光的材料去除机理,推导出单颗磨粒去除材料体积和磨粒振动速度的表达式。利用COMSOL对样机抛光槽内液体进行声场仿真,研究了换能器个数、换能器布置间距、换能器输入电压对抛光液声场分布的影响,优化了抛光槽底部换能器的布置方式,仿真结果显示,换能器个数为4个、布置间距为55mm时,抛光槽中心区域声压分布更加均匀。实验探究了样机料筐转速、抛光时间、换能器输入电压对工件表面抛光质量的影响规律,确定了工件表面抛光效果最佳时的工艺参数组合,结果表明:料筐转速为50r/min、抛光时间为80min、换能器输入电压为150V时,抛光效果最好,此时工件表面粗糙度减小量为0.019μm,表面粗糙度变化率为33.33%。     

干气密封端面型槽可控激光制备的参数模型及实验验证

针对干气密封微米级开槽深度和粗糙度控制难的问题，提出相应评价方法，建立加工深度和粗糙度模型，并通过数值模拟系统地研究了激光填充间距S、光斑直径ds与开槽深度ha、粗糙度Ras之间的关系.结果表明：开槽深度和粗糙度均随填充间距的增大而减小，当填充间距S<7 μm时填充间距对槽深和粗糙度的影响十分显著；光斑直径对开槽深度的影响基本可以忽略，粗糙度随光斑直径的增大呈先缓慢增大后迅速升高的趋势，临界值也位于ds=7 μm 左右.实验结果对数值计算中槽深的分析结果支持度较好，与粗糙度的分析结果略有出入.进一步采用TOPSIS综合评价方法优选出最佳工艺参数范围：考虑加工效率时，最佳参数区间为 8 μm ≤ S ≤ 15 μm，9 μm ≤ ds ≤15 μm；不考虑加工效率时，最佳参数区间为5 μm ≤ S ≤ 10 μm，5 μm ≤ ds ≤ 15 μm.研究结果对进一步提高干气密封微米级槽深的加工效率、精密度有一定指导意义.     

45#钢CBN砂轮高速磨削(120m/s)工艺研究

在高速磨削工艺实验基础上,分析了砂轮线速度、切削深度、工件速度等工艺参数对磨削力、工件表面粗糙度、比金属切除率的影响.揭示了在高速磨削中,磨削力随砂轮线速度提高而减小,随切削深度、工件速度加大而加大,以及表面粗糙度随砂轮线速度提高而下降,随切削深度加大而增加的变化规律.这些规律为45#钢的高速磨削提供了一系列实用的工艺参数.     

FeCoNiCrMo高熵合金磨削机理及表面粗糙度

针对FeCoNiCrMo高熵合金进行平面磨削实验,研究其材料去除机理,分析不同磨削参数对磨削表面粗糙度和表面形貌的影响规律.研究采用不同砂轮磨削的试件表面形貌,并探讨干磨和湿磨条件下磨削表面粗糙度的变化规律.实验结果表明:FeCoNiCrMo高熵合金磨削过程满足塑性材料去除机理;随磨削速度增大,进给速度和磨削深度减小,磨削表面粗糙度值减小,表面形貌更加平整;与采用电镀砂轮磨削的试件相比较,采用树脂结合剂砂轮磨削的试件表面粗糙度值更低,表面形貌更好;与干磨试件相比较,湿磨的试件表面粗糙度值更低,表面质量更好.     

固结磨料确定性研磨表面生成建模与实验分析

基于CCOS技术原理,提出高效、高可控性的固结磨料确定性研磨工艺.通过线研磨实验发现采用中心供给研磨液方式相比于传统四周供液方式有利于提高加工效率及表面质量.分析了工艺参数对加工后表面硬度的影响,通过扫描电镜观察研磨后的表面形貌,分析固结磨料研磨的材料去除机制.通过不同参数线研磨实验验证了材料去除率与工具转速、载荷、时间呈线性关系,表明固结磨料研磨工艺的材料去除过程符合CCOS的卷积迭代原理.基于晶胞理论和磨粒粒径均匀的假设,建立了固结磨料研磨垫表面形貌的仿真模型.同时,模型考虑了磨粒浓度、磨粒粒度、研磨垫形状参数的影响.在固结磨料研磨垫形貌仿真数据的基础上,基于硬脆材料去除机理以及研磨垫与工件微观接触模型,考虑工件表面的力学性能,建立了一定参数条件下研磨垫与工件的接触间隙计算模型,进而建立了单点研磨去除斑模型.通过定点研磨实验验证了不同压力、转速、时长条件下单点研磨去除斑模型的准确性.将连续的研磨轨迹进行离散,考虑研磨垫形状、磨粒的尺寸和浓度、研磨工具的转速和承受的载荷、轨迹参数建立了总去除量与单点研磨去除量的卷积运算关系,提出固结磨料确定性研磨表面生成模型.开展不同参数下面研磨实验与表面仿真.结果表明,固结磨料确定性研磨表面生成模型能很好地预测不同参数下研磨去除的深度和研磨表面的残留误差,提高固结磨料研磨工艺的可控性.     

高速铣削AlMn1Cu表面粗糙度变化规律及铣削参数优化研究

为了提高防锈铝合金加工质量和效率,通过对防锈铝合金ALMn1Cu进行系统的高速铣削加工试验,该文研究了切削参数对表面粗糙度的影响。根据析因试验的方差分析结果得到了切削参数中影响表面粗糙度的显著性影响因素,并采用最小二乘回归法建立了基于切削参数的表面粗糙度预测模型。在预测模型的基础上建立了以最大加工过效率为优化目标的切削参数优化模型,运用遗传优化算法对切削参数进行了优化计算,得到了不同表面粗糙度技术要求下较优的切削参数组合。应用优化结果对某新型雷达上功能件进行了加工实验,将加工效率提高了近两倍。     

微孔发泡注塑成型制品表面粗糙度与表面气泡破裂形变行为的关系

基于泰勒泡孔形变理论,结合微孔发泡注塑成型工艺,分析了微孔发泡注塑成型过程中气泡的形变及临界破裂条件,并以聚丙烯和氮气为研究对象,设计微孔发泡注塑成型正交实验,对临界破裂泡孔尺寸与表面粗糙度之间的关系进行了分析.结果表明,临界破裂泡孔尺寸与表面粗糙度在同一数量级并呈正相关关系,因此可以通过调节工艺控制临界破裂条件的泡孔尺寸,达到降低表面粗糙度的目的.     

镍基单晶高温合金磨削表面质量及亚表面微观组织试验

采用正交试验的方法,研究了镍基单晶高温合金DD5表面质量影响因素和亚表面微观组织.进行DD5平面槽磨削正交试验,得到砂轮线速度、磨削深度和进给速度对表面质量的影响规律,优选出最优工艺参数组合,并对磨削亚表面微观组织和磨屑形貌进行观察.结果表明:砂轮线速度对磨削表面粗糙度R_○a影响最大;随着砂轮线速度的增大,表面粗糙度R_○a不断减小;随着磨削深度和进给速度的增大,表面粗糙度R_○a不断增大.选出的镍基单晶高温合金DD5平面磨削试验参数范围内的最优工艺参数组合:砂轮线速度为30m/s,磨削深度为20μm,进给速度为0.2m/min.磨削亚表面出现了塑性变形层和加工硬化层.磨屑主要呈现出一节一节的锯齿状特征.     

基于响应曲面的低碳制造铣削工艺参数优化

为了对低碳制造铣削工艺的加工参数进行优化,降低碳排放量的同时有效保障产品质量,选取主轴转速、进给速度、铣削深度和铣削宽度作为优化变量,碳排放量、材料去除率和表面粗糙度作为响应性能指标,通过设计中心复合实验,利用Design-Expert软件建立相对应的响应分析模型,并对所建模型进行可靠性验证,研究了工艺参数间的交互作用。结果表明:在主轴转速为999. 98 r/min,进给速度为490. 51 mm/min,铣削深度为0. 30 mm,铣削宽度为49. 99 mm时,响应最优,可见对低碳制造铣削工艺的优化具有一定的参考价值。