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    • 基于驻留时间控制的压气机叶片前缘砂带磨削研究

      2024(4):1-9.

      摘要 (150) HTML (0) PDF 23.43 M (210) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种面向叶片前缘廓形精准控制的机器人砂带磨削加工方法. 以轴流压气机叶片为研究对象,结合半赫兹接触理论和有限元仿真获取了柔性磨具和叶片前缘的接触区域内的应力分布,基于Preston方程求解材料去除函数. 遍历刀位点对控制点的磨削深度,建立全局材料去除矩阵,搭建驻留时间求解非线性方程组. 采用带有阻尼因子的Tikhonov正则化消除大型稀疏病态矩阵对求解精度波动的影响,将所求驻留时间转换为对应刀位点的进给速度,生成机器人加工代码. 磨削试验结果表明,基于驻留时间控制的机器人砂带磨削方法能够实现给定允差范围内叶片前缘廓形的精准加工,型面误差可以控制在0.02 mm以内.

    • 氧化镓单晶的磨削材料去除机理和损伤演化研究

      2024(4):10-19.

      摘要 (103) HTML (0) PDF 68.49 M (167) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究氧化镓单晶在磨削过程中材料去除机理和亚表面损伤演化规律,通过变切深纳米划痕试验模拟单颗磨粒去除材料的过程来探究磨削过程中的材料去除机理,使用粒度分别为SD600、SD1500和SD5000的金刚石砂轮对氧化镓单晶进行磨削试验,分析磨削表面形貌和亚表面的损伤演化规律.使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜作为主要表征手段,采用有限元法分析划痕过程中的应力分布.研究结果表明,氧化镓单晶在材料去除过程中沿不同晶向扩展的交错滑移带可能导致不规则的破碎坑,取向裂纹受到(-3-10)滑移面的严重影响. 随着砂轮粒径的减小,磨削表面形貌表现为破碎坑和取向裂纹主导的脆性表面逐渐演化为完全塑性表面.

    • 结构化砂轮磨削蓝宝石微沟槽底面质量的研究

      2024(4):20-26.

      摘要 (90) HTML (0) PDF 50.86 M (169) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对蓝宝石这类超硬材料表面微结构难加工的问题,提出一种基于结构化砂轮的磨削表面微结构方法.采用电火花线切割(Wire Electrical Discharge Machining, WEDM)技术对砂轮表面进行结构化修整,利用修整后的结构化砂轮磨削蓝宝石表面微结构,研究顺磨和逆磨方式下,结构化砂轮磨削速度、磨削深度和进给速度对蓝宝石微沟槽底部表面粗糙度的影响规律.研究结果表明,结构化砂轮磨削蓝宝石表面微沟槽形貌基本完整,且相对120 μm的加工深度,尺寸误差仅为1.4 μm,微沟槽的垂直度较好,垂直度偏差仅为4.9°;顺、逆磨方式下,随着磨削速度增大,磨削深度和进给速度减小,都可以减小蓝宝石微沟槽底部表面粗糙度;相较于逆磨方式,顺磨方式下微沟槽底面微坑较小,底面质量更优;在较优加工参数砂轮磨削速度 35 m/s、磨削深度1 μm、工件进给速度200 mm/min下,表面粗糙度从4.487 μm降低至2.923 μm.

    • 三维超声振动辅助铣磨氧化锆陶瓷的试验研究

      2024(4):27-34.

      摘要 (84) HTML (0) PDF 7.32 M (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了三维超声振动辅助铣磨(Ultrasonic Vibration Assisted Grinding, UAG)中单颗磨粒的运动学,采用自主搭建的三维超声振动辅助铣磨加工系统,对氧化锆陶瓷进行超声振动辅助铣磨加工试验.在不同超声辅助条件下,对比铣磨氧化锆陶瓷的法向铣磨力、表面粗糙度和工件表面形貌,研究不同加工参数对三维UAG加工过程的影响规律以及三维超声对铣磨过程的影响.研究结果表明,铣磨氧化锆陶瓷时,法向铣磨力随超声辅助加工维度的增加而减小,三维UAG加工可有效降低其铣磨负荷,且加工参数对法向铣磨力降低幅度的影响最小;法向铣磨力降低幅度随进给速度与切削深度的增大而减小,随主轴转速的增大而增大.氧化锆陶瓷工件的表面粗糙度随超声辅助加工维度的增加而降低,表面形貌逐渐呈现更多的塑性划痕,加工参数对三维UAG加工表面粗糙度的影响最小.由此可见,三维UAG加工中,单颗磨粒切削轨迹长度的增大有利于其切削厚度减小,从而降低铣磨力并改善加工表面质量.

    • 高温合金磨削热损伤的形成机理及对表面完整性的影响

      2024(4):35-42.

      摘要 (71) HTML (0) PDF 46.43 M (168) 评论 (0) 收藏

      摘要:高温合金磨削加工过程中易出现热损伤缺陷,严重降低零件的疲劳寿命,为解决该工程问题,采用锆刚玉砂轮与微晶刚玉砂轮对高温合金开展了深切缓进磨削试验.研究磨削工艺参数对磨削温度、磨削力,表面形貌与表面粗糙度的影响规律,揭示高温合金磨削热损伤的形成机理与有效抑制措施,对比分析磨削热损伤对表面完整性造成的影响.结果表明,加工弧区瞬时高温是引起高温合金磨削热损伤的本质原因,微晶刚玉砂轮因自锐性优势能有效抑制磨削热损伤,高温合金磨削热损伤表面呈现氧化变色、鱼鳞状涂覆纹理、硬度下降与残余拉应力等表面缺陷.实现高温合金无热损伤磨削的有效手段是降低磨削热量的产生与加工弧区的强化换热.

    • 基于Taguchi-GA协同的磁性磨料抛光性能预测及制备工艺参数寻优

      2024(4):43-53.

      摘要 (83) HTML (0) PDF 51.00 M (152) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过改变黏结法磁性磨料的制备工艺参数来设计正交试验,制备不同系列规格的磁性磨料,并对其进行形貌和成分检测.以3D打印AlSi10Mg板为加工对象,通过平面磁力研磨试验,揭示磁性磨料制备工艺参数对磁力研磨质量的影响规律.基于回归分析,建立参数与响应之间的回归模型,通过遗传算法实现参数优化. 结果表明,在SiC粒径为18~25 μm,Fe与SiC的质量比为4.7,环氧树脂与聚酰胺的质量比为2,固化温度为100 ℃的条件下,材料去除率为1.7 mg/min,表面粗糙度由原始的3.90 μm降低至0.27 μm,降低率为93.1%.

    • 有序排布砂轮磨削加工BK7玻璃试验研究

      2024(4):54-63.

      摘要 (80) HTML (0) PDF 25.52 M (134) 评论 (0) 收藏

      摘要:考虑磨削过程中任意相邻磨粒之间的相互作用,针对单颗磨粒进行有序排布研究,提出一种能够控制任意两颗磨粒间距的有序排布策略.经过排布后的每颗磨粒作为单独切削刃,在工件表面先后切除材料后形成沟痕.根据排布策略设计3种排布方式,任意相邻磨粒间距分别为-50 μm、0 μm、50 μm,利用电化学阳极溶解在砂轮基体表面制备排布模板,上砂电镀加厚制备相应的有序排布砂轮.采用磨削运动学方法,分析磨削中的磨削力和磨削温度变化情况,通过磨削试验测量实际磨削中磨削力和磨削温度并进行分析. 结果表明,磨削力与进给速度呈正相关,磨削温度与进给速度呈负相关. 磨削深度和磨粒排布间距综合影响温度和磨削力的变化,当磨粒间距较小时,随磨削深度的增加,磨削温度和磨削力稳步升高;当磨粒间距较大时,随磨削深度增加,两者先稳步升高,后缓慢升高.

    • 磨料水射流切削皮质骨断面形貌特征研究

      2024(4):64-70.

      摘要 (58) HTML (0) PDF 27.91 M (147) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索磨料水射流切削过程中对皮质骨材料的切削机理,提高切削断面质量,分别以石榴石、氯化钠为磨料对皮质骨进行切削,对比不同切削方向下断面粗糙度变化规律以及微观划痕特征. 实验结果表明,断面粗糙度数值均呈现先减小后增大的特点,依据表面粗糙度数值将断面分为初始区、光滑区、粗糙区3部分. 当使用磨料为氯化钠,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.74倍和1.70倍.当使用磨料为石榴石,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.41倍和1.55倍. 切削过程中断面形成大量微米级划痕,对比氯化钠、石榴石2种磨料对断面划痕特征的影响,与石榴石相比,当使用磨料为氯化钠时,皮质骨切削断面划痕尺寸偏大,长度、宽度值跨度相近,划痕深度值跨度较大.

    • 可降解软磨料对再制造水射流清洗性能影响因素研究

      2024(4):71-81.

      摘要 (61) HTML (0) PDF 36.26 M (138) 评论 (0) 收藏

      摘要:\提出一种新型可降解软磨料用于磨料水射流清洗技术,分析对比不同硬度磨料水射流清洗再制造零部件的清洗性能和表面损伤规律. 采用石榴石硬磨料水射流、核桃壳软磨料水射流和纯水射流3种射流方式,开展清洗零部件污垢的对比试验;在不同清洗方式下,分析清洗速率、比能耗、清洗后表面粗糙度、最大坑深等4个方面的差异,并从宏观和微观层面分析不同清洗模式下基体损伤情况. 结果表明,核桃壳软磨料能够有效去除表面污垢和杂质,降低比能耗,提高清洗速率,同时又不会对基体表面产生较大的损伤,在再制造业清洗或对表面粗糙度要求高的场合下,是一种较为理想的选择.

    • 钨合金精密磨削砂轮磨损及对表面质量的影响机制

      2024(4):82-89.

      摘要 (74) HTML (0) PDF 103.08 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了满足钨合金零件的高精度和高完整性表面加工需求,实现钨合金磨削质量的控制和加工工艺的优化,通过分析砂轮磨粒种类和结合剂类型对砂轮磨损形式的关系,明确了超硬磨料砂轮在钨合金磨削加工中的优势.研究了磨粒粒度和磨削参数对钨合金磨削加工质量的影响规律,为制定合理的磨削工艺提供依据.通过磨削试验获得钨合金高精度和高完整性表面磨削加工工艺.研究结果表明,钨合金磨削过程中砂轮易磨损,超硬磨料砂轮更适合钨合金的磨削加工.金属结合剂金刚石砂轮在钨合金磨削加工的表面质量和加工精度方面表现出优越性.通过改进磨削参数,钨合金精密磨削后表面粗糙度可达18.9 nm,实现了镜面磨削效果.

    • 医用钛合金海尔贝克磁场阵列化学磁流变抛光研究

      2024(4):90-98.

      摘要 (61) HTML (0) PDF 58.63 M (139) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高医用钛合金(TC4)抛光中的精度以及效率,采用基于海尔贝克磁场阵列的化学磁流变抛光方法加工医用钛合金. 利用海尔贝克磁场阵列强化磁场强度,将过氧化氢溶液作为氧化剂来进行抛光加工. 通过仿真模拟对比海尔贝克磁场阵列与常规N-S磁场阵列,改变羰基铁粉的活性来验证实验可行性,研究了加工间隙、主轴转速以及磨粒粒径对工件表面粗糙度以及接触角的影响规律. 结果表明,海尔贝克磁场阵列比常规N-S磁场阵列有更高的磁场强度;采用本文方法抛光的医用钛合金表面粗糙度比单一纯磁流变抛光降低80%;当加工间隙为0.8 mm,主轴转速为400 rad/min,磨粒粒径为1 μm时,可使工件表面达到光滑效果,表面粗糙度最优可达15.5 nm,同时测量出实验组钛合金表面接触角数值多数小于90°. 应用该方法抛光医用钛合金可以得到超光滑表面,表面具有亲水性,符合医用钛合金标准.

    • 基于深度学习的镍基高温合金叶片磨削烧伤识别研究

      2024(4):99-104.

      摘要 (98) HTML (0) PDF 21.20 M (144) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目视检查镍基高温合金叶片磨削烧伤时易出现误检、漏检等问题,提出一种基于深度学习的镍基高温合金叶片磨削烧伤识别分类模型(Tenon Grinding Burn Net,TenonGBNet). 以K4125镍基高温合金叶片为研究对象,通过磨削烧伤试验和试件组织检测获得不同烧伤程度的叶片榫齿磨削烧伤分级标准和对应的图片集;将ODConv动态卷积融合Inception V2模块和Coordinate Attention注意力机制,保证模型轻量化的同时提高模型的特征提取能力;使用全连接层进行识别分类.结果表明,与其他4个经典分类模型相比,TenonGBNet在具有较小的模型复杂度和参数量的同时保持了96.50%的平均分类准确率,且各烧伤等级的分类准确率均超过95%.

    • 钢轨砂带磨削温度场建模与仿真

      2024(4):105-113.

      摘要 (76) HTML (0) PDF 12.25 M (121) 评论 (0) 收藏

      摘要:结合钢轨与砂带的接触几何关系,建立接触区域磨削深度和轮廓计算模型,阐明磨削工艺参数对接触区参数的影响规律.随着砂带磨削半径的增加,不同钢轨廓形处接触区域面积呈对数增加,接触区域轴长半径位置也在不同截面上变化. 结合钢轨砂带磨削过程特性,求解接触区域热流密度计算模型并进行理论验证. 基于接触区域磨削深度和轮廓计算模型,以及区域热流密度计算模型,应用瞬时点热源温度场、连续作用点热源温度场、连续作用移动点热源温度场对接触区域连续作用移动面热源温度场进行离散化求解. 研究结果表明,在设定磨削工艺参数下,钢轨磨削表面的仿真和理论温度的变化趋势相似,且几乎在同一时间达到温度最大值,最高温度的仿真和理论计算的相对误差为6.14%,验证了本文理论模型和仿真的正确性.

    • 抛浆除鳞工艺中氧化皮去除模型研究

      2024(4):114-122.

      摘要 (65) HTML (0) PDF 35.51 M (96) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对抛浆除鳞缺乏精确的氧化皮去除量与工艺参数相关数学模型的问题,以Q235热轧板带表面氧化皮为研究对象,依据能量守恒分析抛浆工艺中磨粒与水的混合浆体在冲击过程中的动能变化规律,根据应变能理论分析基体表面氧化皮在浆体冲击后的应变能变化规律,建立氧化皮去除量与抛浆工艺参数之间的数学模型.利用光滑粒子流体动力学,采用有限元ANSYS/AUTODYN模块,对抛浆过程中氧化皮与基体变形的过程进行模拟,采用抛、喷浆一体化除鳞实验平台进行抛浆除鳞实验.结果表明,当基体表面氧化皮应变高于临界应变时,氧化皮会破裂剥落;磨粒粒径对冲击范围增加率的影响与冲击速度的比值为105.35%∶24.14%,磨粒粒径对冲击深度增加率的影响与冲击速度的比值为233.67%∶5.86%,冲击范围有限元计算结果与实验结果最大偏差率为8.71%,冲击深度最大偏差率为8.55%. 磨粒冲击次数解析法、有限元计算结果与实验结果一致,利用304不锈钢和45钢的抛浆除鳞实验结果验证了模型的广泛适用性.

    • 基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究

      2024(4):123-131.

      摘要 (63) HTML (0) PDF 29.80 M (113) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对化学机械抛光中抛光液的环境污染,提出一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC化学机械抛光方法. 通过腐蚀实验和摩擦磨损实验,研究了电化学腐蚀单晶SiC的Si面腐蚀性能和磨损性能. 通过对比Al、Cu、Fe金属在Na2SO4电解质溶液中对Si面的腐蚀性能,发现Al在Si面产生明显的腐蚀层,EDS和XPS检测证实该腐蚀产物为SiO2. 采用摩擦磨损实验研究溶液组分对SiC的Si面磨损影响规律. 结果表明,提高Na2SO4电解质溶液浓度能获得更大的磨损量,当Na2SO4电解质溶液浓度为1.00 mol/L时,得到最大为7.19 μm2的磨损量;在酸性的金属电化学腐蚀溶液中,Si面具有更好的材料去除性能,在pH=3时磨损量达到11.97 μm2. 单晶SiC的金属电化学腐蚀材料去除机制为阴极的Al金属发生电偶腐蚀反应产生腐蚀电流,促使阳极SiC表面氧化生成SiO2氧化层,进而去除材料.

    • 基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

      2024(4):132-139.

      摘要 (65) HTML (0) PDF 19.12 M (125) 评论 (0) 收藏

      摘要:超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融(Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB)技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1 491.6 ℃. 建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.

    • 碳化硅衬底磨抛加工技术的研究进展与发展趋势

      2024(4):140-152.

      摘要 (104) HTML (0) PDF 11.31 M (119) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳化硅衬底难加工的材料特性叠加其大尺寸化、超薄化的放大效应,给现有的加工技术带来了巨大的挑战,高效率、高质量的碳化硅衬底加工技术成了当下的研究热点.本文综述了碳化硅衬底机械磨抛加工技术和化学反应磨抛加工技术的研究进展,对比各类磨抛技术的特点,指出碳化硅衬底磨抛加工技术面临的挑战和发展趋势,以期为大尺寸碳化硅衬底的高质量、高效率、低成本加工提供新的思路和方法.

    • 考虑拆解故障的退役产品人机混流线插单调度

      2024(4):153-160.

      摘要 (65) HTML (0) PDF 10.11 M (121) 评论 (0) 收藏

      摘要:多源异构退役3C产品服役阶段产生的结构变形可能引发自动拆解设备故障,性能漂移失效会扰动拆解工艺规划和生产调度. 以退役3C产品人机混流拆解线为研究对象,研究退役产品拆解故障导致的插单调度问题. 构建量化不确定性拆解序列和拆解深度的AND/OR节点网络模型.以最大化工位利用率为优化目标,拆解故障产品缓存搬运阈值为变量,建立人机混流线插单调度模型.采用二维实数编码方式编码,选用遗传算法求解. 选取58种品系退役智能手机的人机混流聚类拆解产线数据实例验证. 结果表明,构建的人机混流线插单调度模型能有效制定工位利用率最大的阈值插单调度方案. 实例聚类的3类混流拆解线优化后的最大工位利用率分别为80.3%、73.2%、81.3%.

    • 退役产品拆解车间逆向生产与物流集成调度优化

      2024(4):161-168.

      摘要 (65) HTML (0) PDF 4.05 M (112) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对退役产品拆解工艺与物流存在的不确定性,提出一种逆向生产和物流集成调度拆解车间优化方法.分析退役产品拆解车间作业过程中生产与物流相互影响因素,以优化逆向生产与物流过程中的最大完工时长和提前/拖期成本为目标构建车间多目标调度模型.基于物流路径决策,设计一种带基因修复的变异算子改进NSGA-Ⅱ算法的变异准确性,提升算法的求解有效性.以某公司的手机拆解线为例,分析多尺寸的生产、物流算例.结果表明,随着自适应引导车数量的增加,大、小尺寸算例的拖期成本分别减少了57.1%和58.3%,验证了模型的有效性.

湖南大学学报(自然科学版)编辑部

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