激光熔覆产生的熔池温度与对流分析

由激光熔覆产生的熔池的内部存在复杂的传热与传质过程.鉴于熔池的尺度微小以至于难以对其进行实时监控,构建了一个激光熔覆数值模型,对熔池内部的温度分布与对流模式进行了仿真分析.结果表明:熔池的温度梯度非常高,且熔池底部延伸至基体的部分由于高温发生再奥氏体化.熔池内的流体流动主要由Marangoni运动驱动,且熔池内的对流形式为环形对流,最高流速达到0.1m/s.研究结果能够为熔覆层的成型过程及合金粉末在熔池内的传输过程提供理论依据.     

激光熔覆工艺参数对熔覆层形貌的影响及优化

应用IPG-500激光器对45号钢进行了激光熔覆,研究了工艺参数对熔覆层形貌的影响,采用极差分析找出影响熔覆层形貌的关键因素.在此基础上,提出采用灰色关联度分析不同参数组合下的熔覆层质量与理想的熔覆层质量之间的关联度,从而找出最佳的激光熔覆工艺参数组合.结果表明,激光功率与扫描速度是影响熔覆层形貌的主要因素,并且在激光功率为400W,扫描速度为7mm/s及送粉速率为0.7r/min的条件下,所获得的熔覆层质量最优,为激光熔覆工艺参数的选择提供理论支持.     

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.     

基于有限元方法的液体动静压主轴系统数字化分析

轴承的支撑特性与主轴系统的动态特性直接影响着磨削加工质量,液体动静压主轴系统的动态特性主要体现在轴承的支撑刚度与阻尼.首先使用流体动力学分析技术对液体动静压轴承进行不同参数下的油膜承载能力、油膜温度场分析,进而使用动网格技术对油膜支撑刚度与阻尼进行分析.然后将所得到的支撑刚度与阻尼转化为等效模型应用到主轴系统动态特性有限元分析中,对主轴系统进行动态特性分析.最后采用实验方法测量主轴系统固有频率以验证分析方法的正确性.     

精磨孔挤压液膜阻尼器减振效果仿真

仿真研究了精磨孔挤压液膜阻尼器设计参数对其减振效果的影响,提高了挤压液膜阻尼器对砂轮主轴的减振效果·根据达朗贝尔原理建立了切削状态下挤压液膜阻尼砂轮主轴中心运动轨迹的仿真模型,在不同的阻尼器设计参数下对挤压液膜阻尼砂轮主轴中心运动轨迹进行了仿真·根据仿真结果设计了挤压液膜阻尼砂轮主轴并进行了磨削实验·实验结果表明挤压液膜阻尼器有效地抑制了砂轮主轴的振动,使精密孔的加工质量提高了25%以上,验证了仿真结果的正确性,说明所建立的仿真模型是正确的·     

Al2O3陶瓷的激光辅助磨削机理

针对氧化铝陶瓷难加工、加工表面质量差等问题,进行了激光辅助热磨削加工的研究.根据氧化铝陶瓷的热物理性能参数,分析了激光辅助磨削热加工机理,搭建激光辅助磨削加工实验系统,进行激光辅助磨削与常规磨削加工实验.采用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦分析加工后的工件表面.结果表明:采用激光辅助磨削加工氧化铝陶瓷可改变材料的去除方式,使陶瓷的脆性去除变为塑性去除;与常规磨削加工相比,加工表面形貌脆性断裂减少,表面粗糙度值更低,表面质量更好,砂轮使用寿命延长.     

光学自由曲面铣床静动态特性研究

根据光学元件的加工工艺特点对光学自由曲面铣床进行了设计,并对光学自由曲面铣床进行了有限元(FE)建模及静动态特性分析.结果表明:在重力载荷条件下铣床原点位置时,重力平衡装置未工作时导轨直线度为0.7μm,重力平衡装置工作时导轨直线度为0.035μm,重力平衡装置未工作时丝杠直线度为2.3μm,重力平衡装置工作时丝杠直线度为0.2μm.提取了不同结构方案及材料方案光学自由曲面铣床的固有频率,振型显示影响加工精度的铣床首阶振型为第三阶,最优的动态特性设计方案为铣床Z轴电机安装在顶板上及铣床结构材料采用天然花岗岩,铣床结构材料采用天然花岗岩相比于铸铁可以显著提升铣床动态特性.     

钛粉末激光快速成形三维建模与成形机理

金属快速成形技术具有能够快捷地制造形状精度很高的复杂金属制件的优点,尤其在生物仿生复杂多孔结构制造方面具有较大的发展空间。为了解决金属快速成形加工过程中的成形质量不一致、组织形态差异大的问题,采用三维造型、温度场模拟与组织生长技术进行分析与求解。使用有限元法实现成形过程温度场的仿真,分析相关工艺参数对温度的影响作用。在求解温度场的基础上,通过耦合有限元法和元胞自动机可以再现快速成形过程的晶体组织形成过程。基于晶体的形核和生长机理建立纯金属晶体组织形成的元胞自动机模型,该模型需要能够实现晶粒的择优生长。结果表明:基于温度场分析的宏观有限元模型结合微观元胞自动机模型进行耦合计算能够实现快速成形晶体组织的优化与控制,其仿真结果和相关文献一致度达到95%以上。     

超高速纳米陶瓷结合剂CBN砂轮制备与实验

将纳米复合材料技术应用于超高速陶瓷结合剂CBN砂轮试验研究,制备出力学性能和热学性能有明显改观的纳米陶瓷结合剂.与普通陶瓷CBN砂轮结合剂的实验结果相比,纳米陶瓷结合剂在耐火度、线膨胀系数、浸润性以及抗折强度上都有着显著优势,其砂轮贴片样条抗折强度达到了8823MPa,耐火度约为795℃.以此制备出的超高速纳米陶瓷结合剂CBN砂轮,不但安全性高,而且在对不锈钢、钛合金、高速钢几种难磨金属的干磨实验测试中也表现出了良好磨削性能.     

基于石墨烯强化MQL的GH4169合金铣削表面质量研究

为了改善GH4169合金铣削加工的表面质量,基于微量润滑(MQL)技术,将石墨烯纳米粒子添加到植物油基切削液中以强化其冷却润滑性能.结合正交试验方案,采用极差分析和方差分析方法,研究了MQL参数(石墨烯质量分数、切削液流量、气体压强)对表面粗糙度的影响规律,并得到了最优的参数组合.研究结果表明,石墨烯质量分数对GH4169合金铣削加工表面粗糙度的影响是最显著的,其次是气体压强,最后是切削液流量;同时,最优的表面粗糙度为0.406μm,最优参数组合为石墨烯质量分数0.1%,切削液流量60mL/h,气体压强0.6MPa;适当的MQL参数可以显著地改善切削区的冷却润滑状态,从而改善表面质量,降低表面粗糙度.