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[博士论文] 鲁月
材料学 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:铜及其合金作为面心立方结构材料,具有优异的导电导热性、耐腐蚀性以及延展性,是当今电气产业及电子元件制造业的热门原材料之一,但是由于较差的硬度和强度性能使得铜及其合金材料的应用与发展受到了限制;而镁及其合金为密排六方结构材料,具有更高比强度、更好的导热减震性能,但是由于变形过程中基面织构的存在导致镁及其合金在室温情况下难以进行形变,且目前镁合金的塑性变形理论还不够完善成熟,塑性加工技术发展的相对缓慢,限制了镁合金的发展。因此,有必要对铜合金及镁合金塑性变形方法进行深入系统的研究,从而探索出能够有效改善材料综合性能的工艺方法。
  金属材料的力学性能与其微观组织(晶粒分布和晶粒取向)密切相关,而不同的变形方式以及再结晶条件对组织特征的演变规律则有着重要的影响。基于此思路,本论文选用Cu-Ag合金、铸态纯Cu和铸态AZ31镁合金作为实验材料,利用金相显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)等微观组织表征与分析方法,系统的研究了在液氮温度下轧制变形对Cu-Ag合金微观组织、织构以及再结晶行为的影响;研究分析了退火过程中的外加载荷应力对室温冷轧后的Cu-Ag合金再结晶行为的影响作用;对纯Cu试样进行了室温多向压缩实验,系统的分析了试样变形后和再结晶后的织构特征;通过对AZ31镁合金进行室温多向压缩变形以及退火处理,研究多向压缩对AZ31镁合金的微观组织以及力学性能的影响作用。主要实验结果如下:
  1.Cu-Ag合金在液氮温度轧制过程中,由于低温轧制阻碍了位错的运动,试样内积累了更高的位错密度,因此相对室温轧制试样而言,材料的抗拉强度有所提高。试样经液氮温度轧制90%后的织构以S型和Brass型织构为主。另外,液氮温度轧制抑制了动态回复过程,因此使得试样中的储存能增加,提高了再结晶驱动力,从而降低了Cu-Ag合金的再结晶温度。
  2.95%冷轧变形的Cu-Ag合金经外加载荷退火的实验结果表明,加载较小应力(10MPa)退火虽然抑制了材料的再结晶行为,但却促进了再结晶Cube织构的形成。另外,加载较大应力(50MPa)虽然对再结晶过程中新晶粒形核的抑制效果更加明显,但加快了晶粒长大,主要原因是由于较大的外加应力已经大于位错滑移运动所需的临界分切应力,因此加载退火过程中产生了新的缺陷,从而提高晶粒长大的驱动力。
  3.在铸态纯Cu室温多向压缩后的金相测试结果中看到了“项链型”结构,说明压缩过程中发生了动态再结晶。多向压缩试样的织构在{111}极图中呈对称分布关系,主要由为Goss{011}<100>、CubeTD{011}<011>以及CubeND{001}<110>三种组分组成,而完全再结晶后并没有出现Cube织构,这是由于试样的三种形变织构使得其他取向晶粒优先形核与长大,并限制了Cube取向晶粒的形核与长大。
  4.铸态AZ31镁合金在室温多向压缩过程中出现了退孪晶现象。随着多向压缩道次的增加,{0002}面衍射峰值先上升后下降,说明多向压缩可以弱化AZ31镁合金的{0002}基面织构。AZ31镁合金室温多向压缩10道次的试样退火30min时已经完全再结晶,4道次的试样退火40min完成了再结晶,而单向压缩试样退火120min后依然是原始粗大晶粒与细小新晶粒共存的混晶状态。另外,多向压缩10道次的试样再结晶后的晶粒尺寸最小且更均匀。
  5.由于室温多向压缩使得AZ31镁合金晶粒内部产生大量高密度的孪晶界,阻碍了位错滑移,因此试样出现了明显加工硬化现象。此外,多向压缩的晶粒细化作用使得AZ31镁合金的室温最大累积变形量达40%。完全再结晶后的压缩测试结果表明,多向压缩10道次试样的力学性能明显优于单向压缩试样,抗拉强度和压缩率分别提高了26%和69%,而由于基面织构的弱化导致试样的屈服强度并没有明显的提高。
[硕士论文] 巫洪亮
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:国内外对连续变截面差厚板(英文名称:Tailor Rolling Blanks,简称:TRB板)的生产方法研究已经做了很多的工作,也取得了很多重要的理论基础,然而对于差厚板的仿形轧制却没有相关的探讨与研究。差厚板的仿形轧制属于一个全新的概念,它的轧制过程与传统的四辊轧机的轧制过程有着显著的区别。由于它们在轧制上的原理不相同,尽管目前对TRB板的轧制成形相关研究已经很成熟,但其研究成果却不能运用在仿形轧制过程中。因此,本文对差厚板仿形轧制过程的研究是具有开创性与启发性的。
  仿形轧制装置可以生产任意连续变化过渡曲线差厚板的这一特性,使它能够最大限度的满足市场对TRB各种形状的要求。但是随着生产的连续差厚板尺寸越来越大,相应的仿形轧制装置也在逐渐增大自身尺寸。从而装置的材料使用量也逐步增大,造成设备过于笨重,继而影响轧制精度和生产成本。对仿形轧制装置的轻量化优化研究有助于该装置尽早投产,突破国外的技术壁垒,提升差厚板的生产效率,降低生产成本。
  首先,对仿形轧制的轧制过程进行了有限元模拟分析,对仿形轧制过程的不同阶段进行了划分,确立了仿形轧制五阶段理论。模拟分析了不同因素对仿形轧制过程中轧制力与轧制时间的影响,模拟表明:最大压下量对最大轧制力影响最大且呈正相关、对轧制时间有一定的影响同呈正相关;仿形轧制速度对轧制时间影响最大且呈负相关、对最大轧制力影响较小同呈负相关;摩擦系数对最大轧制力影响微弱呈正相关,对轧制时间无影响。需指出的是:摩擦系数为0时,仿形轧制依然能够正常进行,这有别于传统的轧制过程必须要具备一定的摩擦力使轧辊咬入轧件才能进行轧制。
  然后,对上模板进行了静力结构分析,讨论了上模板在轻量化优化之前的应力应变响应情况,为上模板的尺寸优化与拓扑优化轻量化做了准备工作。对上模板进行了尺寸优化轻量化,在响应面模型的基础上,通过多目标优化算法,找出了最优的尺寸搭配方案。重新设计的上模板在满足强度刚度要求的情况下,质量减少了66.7%。
  最后,在尺寸优化的基础上对上模板进行拓扑优化轻量化设计,再对拓扑优化后的上模板进行静力学分析以便验证其力学性能是否满足设计标准要求。对比拓扑优化前后上模板各项性能指标得出:上模板在拓扑优化后刚度强度满足设计要求,同时自重减轻了18.2%。经过尺寸优化与拓扑优化轻量化设计,上模板自重累计减少了73.6%,通过静力学分析验证,将两种优化方式施加在同一个优化对象上可以最大限度的减少质量,同时大幅度减少生产成本,经济效益非常可观。
[硕士论文] 张荣勤
机械工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:锻造操作机是大型锻件生产制造的重要辅助设备之一,是目前世界最大的集“机、电、液”为一体的特种机器人。随着国内外市场对大型锻件需求量的增加,各国已高度重视对锻造操作机的研究。锻造操作机在大车行走运动中,起动工况和制动工况对吊挂系统都有影响。尤其在制动工况下,操作机行走机构需要在短时间内快速制动,吊挂系统会受到较大的惯性冲击。合理的缓冲装置能有效减少系统振动与冲击,对提高操作机运动的稳定性和控制精度起重要作用。
  本文针对制动工况下的50KN摆杆式锻造操作机,分析了缓冲装置对吊挂系统振动的影响。通过分析操作机起动和制动两种工况下大车所受的作用力以及对相关数据的计算,明确了以最高速度制动到停车时,操作机无法满足大车行走精度的要求,提出了通过分级降速来保证大车行走精度的方法,并给出了操作机最佳制动速度,确定了吊挂系统振动的初始速度。结合对锻造操作机制动工况的研究,制定了两种不同的缓冲装置方案,用刚度和阻尼等效缓冲装置,简化出吊挂系统的力学模型。以拉格朗日方法为基本的理论依据,分析系统的动能和势能,建立了系统动力学微分方程。在MATLAB环境中,使用四阶龙格—库塔法求解方程。分析了刚度和阻尼对系统振动的影响,为摆杆式操作机缓冲刚度和阻尼参数的确定提供依据。同时,获得了制动工况下钳杆质心、吊杆摆角的变化规律。通过对比分析两种方案,从吊杆摆动幅度及振动时间上综合考虑得到最优方案,为50KN摆杆式操作机缓冲装置的布置提供了一种参考。借助ADAMS仿真软件,获得了制动工况下操作机吊挂系统缓冲装置对系统振动影响的曲线图,验证了理论的正确性与合理性。
  本文通过对50KN摆杆式锻造操作机缓冲装置研究,提供了缓冲装置设计的理论依据,同时为缓冲装置的布置方案提供了参考。
[硕士论文] 魏晓荣
机械制造及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:四辊卷板机作为容器类制造企业常用的金属板材卷制成形设备,虽然其结构复杂、重量大,但是卷制成形工艺通用性强,操作简单、对中方便。因此,对四辊卷板机的需求量逐渐增加,对其加工精度的要求也相应提高。
  本文以企业在重型压力容器制造中所需的大型四辊卷板机为研究对象,确定了其关键部件的结构设计方法,对卷板机结构组成、卷制成形原理及工艺过程进行研究分析;同时,为了确保卷板机结构的正确性和可靠性,对卷制过程中的卷圆和预弯工况,进行了工艺参数的计算,并针对满载工况(预弯)工作辊的强度、刚度进行校核;利用Workbench软件对高机架、底座和工作辊的强度和刚度进行了有限元分析。
  首先,分析了板材弯曲理论及板材弯曲的变形特点,确定板材回弹前中性层所在位置的弯曲半径、弯曲力矩、卷板力的大小以及上辊所需的驱动功率等工艺参数为板材弯曲成形工艺的主要参数。其次,通过分析对称式三辊卷板机、不对称式三辊卷板机及四辊卷板机的原理与结构,选定四辊卷板机为重型压力容器制造企业选择的理想弯卷设备。并对四辊卷板机的卷制成形工艺过程进行了理论分析,明确其卷制工艺流程主要包括对中、预弯、卷圆和矫圆几个步骤,卷板机的关键部件主要包括工作辊(上辊、下辊和两条侧辊)、高机架和底座,以此为依据确定了四辊卷板机关键部件的设计方案。
  再次,分别计算工作辊在卷圆和预弯工况所承受载荷和上辊驱动功率,通过计算对比可得,预弯时各辊所受载荷最大,卷圆时上辊的驱动功率最大,并以此来确定主电机输入功率的范围。在此基础上,采用传统的计算方法分别对预弯工况下上辊、下辊以及侧辊进行强度与刚度的校核,结果表明设计方案中设定的轴辊结构尺寸合理。最后,建立其各个结构及零件的三维模型,针对卷板机在预弯工况下底座、工作辊以及高架机的受力情况进行有限元分析,利用Workbench软件对底座、工作辊以及高机架进行模型的导入、划分网格、载荷添加以及求解,得出其应力和变形云图。由分析结果可知,各个工作辊在预弯时的变形量很小,最大应力值远远低于材料的屈服强度,此结果与理论计算结果相吻合,证明其辊身材料富余,在保证工作辊轴颈强度与刚度的同时,可以考虑减小下辊及侧辊的辊身尺寸;高机架最大应力虽然在安全范围之内,但是机身存在应力分布不均现象,其内侧应力值大于外侧应力值,在其设计的过程中应该对这些部位特殊处理;同时指出底座在预弯时结构的薄弱环节,对底座的结构进行改进,为了增加结构的强度,增加了筋板,并对改进后的结构加以验证,分析得到其最大应力与变形量都大幅度减少。
  通过该课题的研究,给出了四辊卷板机关键部件结构的设计方案及其设计时的质量控制点,为将来卷板机等大型设备组成结构的更合理设计提供了一种思路,达到提高设备结构性能及精度、节约生产成本的目的。
[硕士论文] 李红梅
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:单点渐进成形技术是集设计与制造一体化的柔性成形技术,是在“分层制造”思想的基础之上,将目标制件三维模型沿着Z轴方向分散成一系列的二维层面,然后,再在每层二维面上进行逐点逐层的累积加工,最后加工出所设计的目标制件。
  首先,本课题着重介绍了单点渐进成形的基础理论。对单点渐进成形过程中金属板材的应力应变及金属板材变形区域的厚度变化进行了详细分析,对单点渐进成形机理及成形过程中的摩擦润滑机理进行了描述;此外,还对单点渐进成形的道次规划及成形工具的运动轨迹及运动方式进行了描述,分析了目标制件的壁厚均匀度。
  其次,对本课题研究所用的数值模拟方法及实验方法进行了介绍,对数值模拟方法及实验方法的流程进行了分析和描述。主要阐述了数值模拟过程中的单元选择及实常数定义,材料模型定义及网格的划分,摩擦条件的定义,约束条件及接触处理;同时,对本课题实验所需要用的成形工具、装置及夹具等实验设备进行了分析和描述。
  再次,以方锥件为例,分别对1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3长宽比例的方锥件进行了分析研究。在数值模拟实验及实验验证过程中,各种比例条件下的金属板材参与变形的面积、成形深度均相同,加工过程中的成形工具头直径及下压量等工艺参数也均相同;然后,求出各比例条件下方锥件的最大壁厚差,并将各最大壁厚差进行分析对比,最大壁厚差越小,则成形出的方锥件壁厚越均匀,从而得出对方锥件壁厚影响最小的长宽比例;最后,再用实验去验证数值模拟实验的结果可行性。
  最后,利用对方锥件壁厚影响最小的边长比及最优工艺参数组合,对成形出相同表面积的正五边形锥件、正六边形锥件、正八边形锥件、正十二边形锥件及圆锥件进行了数值模拟;然后,求出各多边形锥件最大壁厚差,并用实验进行验证,同时将数值模拟结果与实验结果进行对比,确定数值模拟结果的可行性。进而得出了不同多边形锥件之间的趋势规律。
[博士论文] 杜玥
材料科学与工程 中北大学 2018(学位年度)
摘要:航空航天、军工等高技术领域,装备构件轻量化和高性能一直是发展的重要方向之一,采用轻质高强材料和大型整体化的结构是其必然选择,稀土镁合金因其具有较高的强度、优良的耐热性和抗蠕变性能成为了研发热点。目前,高性能镁合金大型圆锥筒形件是航空航天领域重要装备构件之一,由于此类构件尺寸结构和力学性能的特殊要求,需要首先对铸锭进行大变形,改善坯料的组织均匀性和提升其力学性能,以便进行后续构件成形。往复镦粗-挤压变形技术属于大塑性变形,可以显著细化合金晶粒,改善合金的力学性能,是一种理想的镁合金铸棒预成形制坯方法。但至今为止,针对高稀土含量的Mg-Gd-Y-Zn-Zr镁合金往复镦-挤变形的相关研究很少,将往复镦-挤技术应用于大尺寸棒料变形制坯也尚未见报道,亟需开展相关问题的研究。
  本文以Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr(wt.%)合金作为研究对象。对铸态合金组织进行表征,研究不同均匀化热处理工艺参数(温度和时间)对合金微观组织及力学性能的影响;通过热压缩模拟试验研究均匀化合金的热变形行为及组织演变规律,构建本构方程,建立热变形加工图,并确定了合理的热加工工艺参数;开展等温往复镦-挤变形实验,研究不同变形工艺参数(变形道次、温度和速度)对变形过程中的载荷、合金微观组织及力学性能的影响。基于等温变形实验研究结果,分别针对两种尺寸的合金棒料进行降温往复镦-挤变形实验,并对变形过程中合金组织演化规律和力学性能进行了研究。
  结果表明:铸态Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金主要由α-Mg基体、Mg5(Gd,Y,Zn)和长周期堆垛有序结构(LPSO)相组成的共晶化合物,少量的晶内片层状LPSO相以及富含稀土方块相组成。515℃下均匀化处理16小时,共晶化合物完全转化成不连续分布的块状LPSO相,富稀土方块相基本溶解,合金室温拉伸力学性能相比原始铸态有了明显提升,室温下拉伸抗拉强度为212.3MPa、屈服强度为172.1MPa、延伸率为3.1%,并且在200℃下抗拉强度达到237.2MPa。
  均匀化态Mg-13Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金热变形激活能Q=263.165kJ/mol。构建本构方程为:(ε)=3.8968×1017[sinh(9.381×10-3σ)]5.5143exp(-263165/8.314T)。建立了应变为0.5的合金热加工图,确定合理的热加工工艺参数范围:380~440℃/0.001~0.006s-1和460~500℃/0.001~0.05s-1,功率耗散系数峰值均达到44%,较高温度下动态再结晶体积分数达到17.3%。
  采用Φ10×25mm试样进行等温往复镦-挤试验,温度在420~480℃范围内,同一变形速度下,温度越高载荷越大,随着累积应变的增大,载荷逐渐减小,变形温度对载荷的影响逐渐减弱。变形速度在0.03mm/s~0.17mm/s范围内,不同累积应变条件下,挤压载荷随变形速度减小而下降的变化趋势保持不变。同一条件下,随累积应变逐渐增大,动态再结晶过程不断进行,同时,片层LPSO相和析出颗粒相有效阻碍细晶长大,使得细小再结晶区域逐渐扩大最终取代原始粗大晶粒,组织得到细化。不同变形温度和变形速度条件下往复镦-挤变形过程中,组织细化过程有明显不同,进而影响合金整体晶粒的细化效率和再结晶晶粒细化程度。
  采用降温往复镦-挤工艺对Φ50×200mm棒料进行变形,温度由480℃逐道次降低至370℃。该工艺在保证较高的整体晶粒细化效率的同时,显著细化晶粒组织,降温析出大量颗粒相的钉扎作用和低温抑制再结晶长大是得到均匀细晶的主要原因。在变形初始阶段,产生较强的基织构,棒料不同位置具有不均匀的变形组织,随着变形道次的增加,织构逐渐弱化,组织不均匀性得到明显改善。在6道次变形后,累积应变量为8.1,变形温度降至370℃,平均晶粒尺寸减小为3.4μm左右,并出现超细晶区(<1μm)。晶界处不连续分布块状LPSO相破碎成小的条块状并沿挤压方向均匀分布,局部破碎成带状分布的2~4μm细小棒状;粗晶内片层状LPSO相基本溶解,并在少量再结晶晶粒内重新析出;析出大量弥散分布尺寸小于2μm的Mg5(Gd,Y,Zn)相颗粒。
  采用三道次降温往复镦-挤工艺对Φ330×1000mm棒料进行大变形,并成功制备了后续成形用坯料。其室温抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到385MPa、342.1MPa和7.1%。同时,合金组织和力学性能的均匀性得到明显改善,中心与边缘部分的抗拉强度、屈服强度和延伸率之间的差值分别由1道次的37.5MPa、27.1MP和0.4%降低至仅为12.4MPa、8.1MPa和0.3%。
[硕士论文] 庞鹏辉
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:采用有模多道次单点渐进成形技术能够很好的成形出直壁件,对于难成形的曲面零件,使用此成形工艺能够提高制件质量,并且只需要一些简易的支撑模型,支撑模型材料可以为树脂,木头等,取材便捷且更改方便,成本低,该工艺特别适用于小批量制件的快速制造。
  铝合金具有塑性性能好,易于成形,工业生产广泛应用等优点,本文选用工业常用铝合金1060A1进行数值模拟和实验,研究各工艺参数对直壁筒形件的成形均匀性及可成形性的影响,并确定最优的工艺参数组合,然后将优化后的工艺参数组合用于较复杂零件的成形。
  由于成形轨迹直接影响成形质量,本文制定了两种成形策略,并通过有限元建立相关模型,对不同的成形策略进行数值模拟研究,得出可以有效提高材料成形质量的成形策略。
  然而成形过程中成形工艺参数较多,由此对工艺参数进行了单因素对比研究,以成形制件最小厚度及成形制件厚度分布情况为目标,分别研究成形工具头半径,下压层间距,进给速度与圆筒半径大小及成形深度对目标的影响,得到成形工具半径对成形后的板料最小厚度及成形制件均匀性起正比关系,下压层间距与进给速度对成形后的板料最小厚度及成形制件均匀性起反比关系,圆筒件的不同半径对目标影响较小,成形深度对目标影响最为直接。然后进一步研究多因素对板料最小厚度的影响,并对参数进一步优化,结果发现直壁筒形件的可成形性得到了提高,并通过响应面法进一步确定了相关工艺参数间的关系。
  将所得规律应用于较复杂零件的成形,采用四道次,成形工具半径5mm,下压层间距0.75mm,进给速度700mm/min工艺参数组合,分别成形最大直径为120mm,深40mm的复杂筒形件与最大边长为120mm,深40mm的复杂方盒件,得到成形质量较好的复杂筒形件及复杂方盒件,并验证了优化后的参数组合在一定程度上提高了材料的可成形性。最后通过异形件的试制,进一步确定了所用参数的合理性。
[硕士论文] 蒋芮
材料加工工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:近些年来,大块非晶合金凭借其非凡的机械性能,如高强度、高硬度和优异的耐腐蚀性能,引起了广泛关注.但是尺寸限制、难以与其他材料结合使用,以及由于室温脆性引起的加工困难阻碍了其作为结构材料的应用潜力.将小尺寸的非晶合金通过连接从而得到大块的非晶合金是行之有效的方法之一.基于非晶合金在过冷液相区内具有很好的超塑性成形特点,本论文以锆基大块非晶合金Zr44Ti11Ni10Cu10Be25(LM1B)为研究对象,对LM1B/7075铝合金及LM1B/LM1B在过冷液相区内进行了热挤压连接实验,此外进行了热挤压制备非晶薄管的实验.实验参数范围为:挤压温度430-450℃,挤压速度1-4mm/min.以X射线衍射(XRD)、差式扫描量热分析(DSC)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉伸强度测试和显微硬度测试等为主要研究手段,研究了挤压温度和速度对接头质量、元素扩散情况和薄管质量的影响,分别确定最优的挤压工艺参数.本论文的主要研究内容和结果如下:
  (1)通过将非晶合金LM1B和7075铝合金堆叠放置,采用热挤压的方式制备了非晶合金/7075铝合金复合材料.实验结果表明,在440℃、2mm/min条件下,得到的挤压连接件顺直、不存在飞边等缺陷,表面质量良好.XRD结果表明连接后的样品非晶部位未发生晶化,仍为非晶状态;OM和SEM结果表明,异质合金之间形成了一种铝合金伸入非晶,非晶在周围紧密包裹住铝合金的特殊"套筒"接头形貌,异质合金界面平整,无孔洞、夹杂等缺陷,只在接头顶端出现了一些毛刺状的凸起,形成一个小范围的机械结合;TEM结果表明非晶部位保持良好的非晶状态,只有在接头处两种材料一个宽度为20nm左右的过渡结合区,形成了一些纳米晶,界面处非晶合金和铝合金发生了元素扩散,形成了机械+冶金结合的接头形式;接头的抗拉强度为429Mpa,断裂发生在铝合金部位,表明接头强度高于铝合金基体.
  (2)通过将不同的非晶合金LM1B堆叠放置,采用热挤压的方式制备了同质非晶合金连接件.实验结果表明,较高的挤压温度和较低的挤压速度有利于高质量接头的形成.440℃、2mm/min条件下得到的挤压连接件顺直、不存在挤压飞边等缺陷,表面质量良好;XRD结果表明连接后的样品未发生晶化,仍为非晶状态;SEM观察下,接头处为均一的非晶材料,观察不到明显的界面,说明同质非晶合金形成了扩散连接;接头的拉伸强度为650Mpa,拉伸断口表明同质非晶合金挤压连接形成了与非晶合金/铝合金异质连接相似的"套筒"形接头,断裂首先发生在外围"套筒"处.
  (3)通过将铝合金-非晶-铝合金堆叠放置,采用热挤压的方式制备了非晶合金薄管.结果表明不同挤压条件得到的非晶薄管质量差别很大,高温和高挤压速度会导致薄管破裂、夹杂、薄管沿轴线不对称等缺陷,非晶薄管的硬度随挤压温度的升高而增大,随挤压速度的增大而减小.在430℃、2mm/min条件下,制备的非晶薄管,壁厚最为均匀,轮廓清晰,TEM结果表明此条件下的非晶薄管保持良好的非晶状态.
[硕士论文] 侯弘历
材料加工工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:热冲裁是将高强钢板料加热至奥氏体状态后在模具内进行冲裁和淬火的综合工艺.热冲裁工艺可大幅度改善零件的成形性能及综合力学性能,因而可以用于生产各种具有综合力学性能的精密冲裁零件,如:齿板、薄齿轮、薄链轮、齿条及其他用于传动的板片类零件.这类零件一般利用精冲工艺生产,然后对具有耐磨要求的零件通过渗碳淬火或感应淬火等热处理工艺提高零件传动区域的硬度和耐磨性.热处理会引起精冲零件的形状畸变和尺寸变化,影响零件的形状和尺寸精度.热冲裁工艺替代传统的精冲+热处理工艺,能生产出具有较高硬度和强度的零件,而且可以避免零件在热处理过程中的畸变.
  为了获得高质量的热冲裁零件,各国学者针对高强度钢的温冲裁和热冲裁工艺进行了相应的研究.目前,有关热冲裁的研究主要是为了解决高强度钢板冲孔和切边困难的问题,有关利用热冲裁工艺生产精密冲裁件的研究成果较少,关于热冲裁过程有限元模型建立及数值模拟的研究成果也不多见.
  为了探索硼钢热冲裁最优工艺方案,获得最佳工艺技术参数.研究热冲裁零件微观组织及尺寸精度的变化规律和高温冲裁断裂机理及断面微观形貌,分析冲裁温度和模具间隙比对零件断面质量、尺寸形状精度、断裂角和最大冲裁力的影响.采用不同的冲裁温度(450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃)和模具间隙比(25%、20%、18%、16%、14%、12%、10%、8%),利用具有特殊设计结构的冲裁模具对B1500HS钢板进行了热冲裁试验.根据测试得到的温度曲线和硼钢持续冷却转变(CCT)曲线,分析了冲裁温度对热冲裁件组织转变和力学性能的影响;利用Zeta?20型三维形貌仪测试并分析了冲裁温度和模具间隙比对热冲裁件断面质量、尺寸精度和断裂角的影响;根据测试得到的热冲裁过程中载荷变化曲线,分析了冲裁温度和模具间隙比对最大冲裁力的影响;利用场发射Nova NanoSEM450型高分辨扫描电镜和JXA?8230电子探针对热冲裁件断面微观形貌进行观察分析.研究结果表明:当冲裁温度一定时,零件的直径随着模具间隙比的减小而增大,模具间隙比一定时,随着冲裁温度的升高,零件的直径尺寸误差值出现"负增长-正增长-负增长"的波动趋势,零件在冲裁温度为450~500℃、650~700℃和750~800℃时的温度区间内具有较高的冲裁精度;零件的显微硬度随冲裁温度的升高而增大,在冲裁温度为650~800℃时,零件的组织为完全马氏体组织,显微硬度值约为550HV;随着冲裁温度的升高,剪切区光亮带宽度增大,撕裂带宽度减小,断裂角减小,最大冲裁力减小;冲裁温度为450~600℃时,断裂形式主要是韧性断裂,伴随局部脆性断裂,冲裁温度为650~800℃时,断裂形式为韧性断裂,存在大量的细小等轴韧窝.在冲裁温度为750~800℃的温度区间内,可获得形状尺寸精度高、断面垂直度好、光亮带较宽、综合机械性能优良、耐磨性能好的零件.
  高温下剪切区力态的分布及变化是研究热冲裁机理的基础,断裂准则和断裂阀值的选择和确定是准确预测热冲裁断裂的前提.为了深入探索硼钢热冲裁断裂机理,分析热冲裁过程中剪切区的应力及应变分布与变化规律,研究静水应力、等效应力、等效应变、材料流动对裂纹产生位置的影响,确定最优的断裂准则及断裂阀值,准确地预测高温冲裁断裂结果.利用Deform V11.0建立了高温热冲裁有限元模型,通过"回归拟合-计算-预测-修正"的计算方法准确地预测了不同冲裁温度下不同断裂准则(Normalized Cockroft&Latham断裂准则、Brozzo断裂准则、Freudenthal断裂准则、Oyane断裂准则、Rice&Traccy断裂准则)的断裂阀值.利用求得的断裂阀值对高温热冲裁过程进行模拟计算,得到了冲裁裂纹产生的位置及断口形状.模拟结果与试验结果的对比表明:基于Oyane断裂准则和Brozzo断裂准则预测的结果与试验结果较吻合;刃口处材料的静水应力达到最大值时,在凹模和凸模刃口处产生裂纹;通过"回归拟合-计算-预测-修正"方法求得的断裂阀值具有较佳的可靠性和实用性.
  利用板料成形极限曲线和断裂极限曲线的测试值和理论计算值能够准确的预测相应断裂准则下的断裂阀值,为断裂阀值的获得提供高效便捷途径.另外,硼钢高温成形极限值为板料热冲压成形性能评估并利用有限元技术测试冲压工艺提供了理论依据和数据参考.硼钢B1500HS在高温完全奥氏体状态下发生变形,其应变状态无论在成形极限图的左边还是右边都符合0角度缩颈,这与M-K凹槽失稳简化模型一致.另外,本构方程在很大程度上影响着成形极限图的预测精度.利用包括变形激活能和变形温度的双曲正弦形式修正的Arrhenius模型,并结合Logan-Hosford屈服准则和Von Mises屈服准则预测硼钢B1500HS热成形极限值.对不同条件下(包括不同的变形温度600~900℃,不同的平均应变速率0.1s-1~10s-1,不同的初始不均匀度f0为0.997~0.999)硼钢B1500HS的热成形极限值进行理论计算,并且硼钢B1500HS高温热成形极限图计算结果与试验测试值能够很好的吻合.理论计算结果表明,随着材料不均匀度的降低,硼钢热成形极限曲线下降,并且初始不均匀度f0=0.997时,硼钢热成形极限应变值预测精度最高;随着成形温度的升高,热成形极限曲线上升;随着平均应变速率的增大,硼钢热成形极限曲线稍微升高.
[硕士论文] 张克
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:高强度钢板具有强度高、质量小等优点,能够降低产品的重量,并且也能够提高产品的安全性。但是,高强度钢板也有很多缺点,其成形比较困难,回弹量也比较大。在高强度厚板温冲压成形过程中,回弹现象严重地影响了板材的成形质量、成形精度和后续的装配。所以,需要准确的分析其回弹并对回弹现象进行有效的控制。
  为了解决这个问题,本文首先应用有限元软件Autoform对带凸缘的U型件的温冲压成形过程进行模拟分析,并系统的研究了其成形过程和回弹现象,得出了各种参数对SA738Gr.B钢板温冲压成形和回弹的影响规律。然后,通过对U型件的模拟分析所得的规律作为参考,进一步的研究封头瓣片在不同的工艺参数下温冲压成形的成形效果及回弹大小,得出最有利于板材成形及控制回弹大小的各种参数。
  研究结果表明:在高强度厚板温冲压成形过程中,回弹值随加热温度、摩擦系数、压边力、保压时间的增大而减小,随凸凹模间隙的增大而增大。但是,如果压边力和摩擦系数过大,板材的减薄比较严重,容易出现破裂现象。与冷冲压和热冲压相比,温冲压成形既可以有效地控制板材的回弹现象,又可以提高其成形质量,避免其它成形缺陷的产生。
  本文通过回弹补偿技术来控制板材的回弹。Autoform软件中的回弹补偿模块能够很好地改善板材的回弹现象,提高板材的成形精度,并节省了大量的模具开发成本和时间,对模具的设计具有重要的指导作用。
[硕士论文] 王美华
材料工程 广西大学 2018(学位年度)
摘要:高熵合金的出现打破了传统合金以某一种元素为绝对主元的设计理念,其采用多组元等原子比例的“鸡尾酒”式混合,该类合金表现出高强度、高硬度、高耐磨性等突出性能。这种崭新的合金引起了众多材料科研者的广泛关注,越来越多的高熵合金被开发研究。目前对于高熵合金的研究主要集中在微观组织、镀层以及力学性能等方面;关于高熵合金的拉伸性能与大变形强化的研究较少。主要是因为高熵合金的主元熔点较高、熔炼环境比较复杂等,使制备大块状试样变得较困难,从而不能深入研究合金的拉伸性能与加工性能。
  本文采用磁悬浮真空熔炼炉制备大尺寸的FeMnCrCoNi高熵合金。对合金进行大变形(锻造),并对锻造后的合金进行不同工艺的热处理,研究合金的锻造态与热处理态的显微组织和力学性能,得出主要结果如下:
  (1)铸态FeMnCrCoNi高熵合金的显微组织主要由树枝晶相和黑色斑点相组成,其中树枝晶相为均匀分布的富Fe、Mn、Cr、Co、Ni元素的FCC固溶体,黑色斑点相为富Cr、Mn的FCC固溶体。
  (2)室温和200℃锻造后,合金内部树枝晶破碎,晶粒得到细化,其中200℃锻后破碎效果更为明显,锻造后的树枝晶呈纤维状;两种锻造工艺均可以显著强化FeMnCrCoNi高熵合金,常温锻造、200℃锻造后显微硬度分别为313.6HV、358.1HV,较铸态分别提高了97.6%、125.6%;抗拉强度分别为695.45MPa、830.84MPa,较铸态合金分别提高了28.92%、54.02%,但其延伸率却大幅下滑,由47.24%分别降低至15.25%、5.38%;经200℃锻造后,合金出现了脆性断裂。
  (3)铸态、室温锻造、200℃锻造后合金的摩擦系数分别为0.797、0.413和0.473,磨损失重比分别为1、0.617和0.832。合金室温锻造的耐磨性优于200℃锻造、铸态耐磨性最差。
  (4)经1160℃锻造后,FeMnCrCoNi高熵合金的抗拉强度为772.28MPa、硬度为278.78HV,延伸率为22.06%;对高温锻造试样进行不同温度的退火热处理可诱发第二相的析出,其中700℃时析出相最多,其后逐渐减少;800℃退火后合金试样的综合性能最佳。
  (5)通过对加热温度、升温速率、保温时间以及冷却方式的改变,研究不同热处理工艺对高温锻造高熵合金组织与性能的影响;正交试验结果表明:对合金硬度较有利的热处理工艺为:加热温度750℃、升温速率5℃/min、保温时间2h、随炉冷却;对拉伸性能较有利的热处理工艺为:加热温度800℃、升温速率5℃/min、保温时间4h、空冷。
[硕士论文] 范欣
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:当前冲压技术正朝着高速化、柔性化和自动化的方向发展,部分企业仍采用人工上下料传统生产模式,存在生产效率低,产品质量无法保证,工人劳动强度大等问题,不能满足工业快速发展的需求。根据大型闭式压力机吨位及占地面积大,连线自动化生产、设计及维护成本高等问题,设计高效率、高利用率和高自动化的多品种、小批量自动化生产的单机自动化上下料系统,对提高企业综合竞争力和经济性是很有必要的。
  本文根据企业冲压生产工艺、生产方式及压机结构特点,提出单机自动化上下料系统整体实现方案,确定了设计要求,阐述了单机自动化上下料系统工艺流程,对系统进行分模块设计,包括分张模块、送料模块、对中模块和上下料模块,各模块通过分析比对现有实现形式的优缺点,选择了最优设计方案进行自主设计,对系统关键部件及机械手端拾器进行了选型计算。
  对系统关键模块上下料桁架机械手进行了动态特性有限元分析,采用ANSYS Workbench软件,根据结构静力学有限元分析与强度理论,得到等效应力图,分析结果表明静刚度满足使用要求;根据模态分析理论基础,对其整体进行了前6阶模态分析,仿真结果表明各阶振幅对整体影响不大,并得出需要合理控制滑枕伸出量结论;通过对频响应分析,得到上下料桁架机械手频响应图,与外在激励频率对比,验证得出整体无共振可能性。
  最后,对系统整体建模装配,设计详细安装及调试方案,模拟现场,对各个模块及整机系统联合适应性调试,设计了系统日常维护及安全方案,通过实际运行情况记录汇报,进一步验证了单机自动化上下料系统的稳定性和可靠性。
  课题以高锻公司大型闭式压力机冲压汽车覆盖件生产为研究对象,针对目前国内大部分企业生产状况,在已有设备上进行更经济、实用的设计改造,自主研发了单机自动化上下料系统,经济、实用、高效,结构简单紧凑,便于安装维护,能够很好的适用于多品种,中小批量汽车覆盖件的冲压生产,国内外暂无相关产品开发,为同类型冲压生产的自动化升级改造提供了有价值的参考。
[硕士论文] 向派
材料科学与工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:镁及镁合金是至今用到的最轻的金属结构材料,它具有低密度、高比强度和比刚度、优良的机械加工性能、良好的导热性以及优异的电磁屏蔽性能这些特点,但其强度低,这限制了它成为常用的结构材料。于是人们在纯镁中添加不同的合金元素以提升它的性能。
  本文采用真空熔炼的方法制备出微合金化的镁锂合金铸锭,通过向Mg-14Li-3Al合金中添加Y、Sc、Zr等合金元素,利用这些合金化元素与合金中含量较高的Al元素形成尽可能多的第二相以改善其力学性能,通过后期热轧处理对得到的铸态合金进行形变强化。利用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了合金的显微组织变化,采用万能电子拉伸机、显微硬度计等仪器测试了合金的力学性能,主要研究内容及研究结果如下:
  在Mg-14Li-3Al合金中添加5种不同成分的Y、Sc和Zr,研究得到的铸态Mg-14Li-3Al-1Y-0.2xSc-0.1xZr合金的微观组织与力学性能。之后将铸态Mg-14Li-3Al-1Y-0.2xSc-0.1xZr合金在200℃下以4种压下量进行热轧,观察形变强化后合金的微观组织并测试其力学性能,得到微观组织和力学性能的关系。
  在铸态Mg-14Li-3Al合金中添加Y、Sc、Zr能减小合金的平均晶粒尺寸和形成新的析出相。Y和Sc能够与合金中的Al形成Al3Sc-Al2Y复合粒子,随着稀土添加量的增多,在合金中形成的Al3Sc-Al2Y复合粒子的析出量也在增多。在添加稀土含量为1Y-0.2Sc-0.1Zr、1Y-0.4Sc-0.2Zr、1Y-1.0Sc-0.5Zr的合金中还存在一种含有AlSc2的相。当Zr含量低于0.4%时,Zr全部固溶在基体中;当Zr含量等于0.5%时,超出固溶度的Zr开始大量偏聚。
  稀土元素的加入使铸态Mg-14Li-3Al合金的强度和硬度得到提升,但是却降低了它的塑性。提高铸态合金强度的原因是稀土元素的固溶强化、细晶强化以及形成的析出相的弥散强化。添加稀土元素降低合金塑性的原因是在熔炼合金的过程中不可避免的引入夹渣和缺陷,加上稀土元素的固溶和形成第二相引起合金内部的应力集中和缺陷,导致了铸态合金塑性的下降。
  铸态Mg-14Li-3Al-1Y-0.2xSc-0.1xZr合金板材在经过200℃热轧处理后,合金的强度和硬度明显提高,塑性得到改善。最终,综合力学性能最好的合金的抗拉强度达到186MPa,比铸态Mg-14Li-3Al合金提高了51MPa;屈服强度达到171MPa,比铸态Mg-14Li-3Al合金提高了51MPa;延伸率达到24.8%,比铸态Mg-14Li-3Al合金提升了个6.2个百分点。硬度值最高的是经80%压下量热轧的2号合金,达到72HV0.2,比铸态时提升了13HV0.2。
[硕士论文] 唐华坤
机械电子工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:随着科学技术的发展,对资源的运用要求会更加合理化、精细化。药芯焊丝就是在这样的环境下应运而生的产物,它的优点是焊接效率高,焊接过程比较简单。但目前药芯焊丝生产技术的主要问题是成品率低,导致出现大量次品,对原料造成极大的浪费。本文结合传统药芯焊丝的生产方法,对其生产工艺进行分析。借鉴其传统生产方法,将其利用在药芯铝焊丝生产中,对药芯铝焊成丝机进行轧辊研究和仿真研究。并对导卫装置进行研究,以求降低药芯铝焊丝次品率。
  本文对国内外药芯焊丝和药芯铝焊丝的发展现状进行了解,总结相关经验,为药芯铝焊成丝机的研究奠定基础。通过对药芯焊丝加工工艺的研究,将钢药芯焊丝的生产方法引入铝药芯焊丝生产当中,并对其生产过程中用到的轧制理论进行了分析研读,为以后药芯铝焊成丝机的轧辊设计和仿真工作做铺垫。同时,说明了药芯铝焊成丝机的关键技术,选取其中U型轧制这一关键技术进行研究。
  利用传统的孔型设计方法,对药芯铝焊丝成型截面进行计算。在此基础上,设计生产药芯铝焊丝所需要的孔型。利用解析几何和Matlab计算,得出孔型中性线的详细位置,其中利用Matlab对部分复杂孔型进行分析计算,并对其进行配辊。
  利用ABAQUS/Explicit在显式动力学求解上的优势,对以上轧辊用SolidWorks进行三维建模,然后导入到ABAQUS进行显式动力学仿真分析,得出合适的铝带前进速度。并对轧辊进行实验研究,将比较改良前和改良后的成丝机加工的药芯铝焊环的成品率和次品率。
  针对铝带轧制过程中可能出现的偏离既定轨道行程,给轧制的进行带来危害,研究设计一套导卫装置。对各个孔型的轧辊入口和出口的导卫装置进行分析。
[硕士论文] 段涛
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:微发泡材料因其性能优异和成本经济而备受推崇,以超临界流体为物理发泡剂的微发泡注塑工艺目前已广泛应用。在更快的工业发展速度和更高的产品质量要求下,微发泡注塑技术工艺的进步和完善,依旧刻不容缓而且永无止尽。本课题分析与实验相结合,探究了超临界流体微发泡注塑过程中多项工艺参数的作用效果,并基于此设计搭建了新型智能化控制平台。
  本文首先考察了微发泡注塑工艺中注气系统的特征,结合实验现象探究得出初始气涌的形成机理:填补管路间隙而形成的注气残余,因限流盲区而形成气涌。由此提出了基于LabVIEW的气涌量测量方案。进一步探究影响气涌量的关键因素,得出管路间隙和注气压差对气涌量的大小存在显著作用。综合分析,给出了从实验设备(尽可能减小间隙)和工艺调节(合理缩小注气压差)两方面减小气涌影响的解决方案。
  为了探究微发泡注塑工艺的相关参数指标,通过大量对比实验分析了储料长度、注气压力、熔体背压等参数的整体可调范围,以及其对初始气涌量、注气总量和制品减重的影响效果,并构建出相关数学模型。借助软件考察工艺参数的响应效果,判断其各自的影响显著性。对参数组合进行优化处理,系统预判得到最优化的组合方案,用此以指导实际生产。
  为明确模具温度对微发泡注塑制品的作用效果,构建模型并模拟仿真了不同模具温度下,制品多方面性质的变化。搭建模具温度调控系统,设计对照实验观测和对比,以考察模具温度对制品的泡孔形态、力学性能和表面质量的作用关系。
  借鉴现有的微发泡注塑系统控制原理,结合工艺参数模型,提出以LabVIEW为核心的新型控制方案,配置硬件平台、编译软件程序并设计人机交互界面,构建新型控制系统,最终优化了微发泡注塑成型的自动化和智能化控制。
[硕士论文] 冯强
机械设计及理论 广西大学 2018(学位年度)
摘要:铜作为一种广泛应用的金属材料,优异的导电性和导热性使其广泛应用于电子工业、机械制造、建筑工业和国防工业等领域中,但是纯铜的强度不高,硬度较低,无法满足工业生产对材料越来越高的要求,一定程度上限制了纯铜的使用。因此,采用一种合理的方法进行强化,制备高强度、高硬度的纯铜具有很重要的工程应用价值。
  本文以工业纯铜T2为研究对象,采用多道次等径角挤压工艺,改进传统模具设计方案,开展试验使材料内部晶粒细化、力学性能提高,研究应变率对粗晶、细晶和超细晶纯铜的影响,并研究预应变对不同晶粒尺寸纯铜的力学性能影响,其主要研究内容及创新点如下:
  1、为了解决传统模具合模力不足、装拆困难等一系列制样效率低的问题,提出一种对称分模自由套模具设计方案,开展了等径角挤压试验,制备出了不同挤压道次的纯铜试样。
  2、研究不同挤压道次纯铜的微观组织及其演变机制、显微硬度及其均匀性、拉伸性能,通过SEM对拉伸断口形貌进行分析。
  3、为了研究不同晶粒尺寸纯铜对应变率的敏感性,在不同应变率情况下加载,拉伸变形,分析不同晶粒尺寸纯铜的率敏感性。
  4、为了研究预应变对不同挤压道次纯铜的力学性能的影响,对不同挤压道次的纯铜进行不同应变量的拉伸预处理。
  总之,本文围绕提出的细晶强化方法——等径角挤压技术对工业纯铜T2进行了研究,改进了传统模具设计方案,高效制备出了不同挤压道次的纯铜试样,随着挤压道次的增加,纯铜试样的晶粒细化效果明显,抗拉强度、硬度都得到显著改善。在率敏感性的研究中,发现随着晶粒尺寸的降低,应变率敏感因子增大。在不同预应变对纯铜力学性能影响研究中,发现不同情况预应变对不同试样的影响存在明显差异。
[硕士论文] 徐运祥
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:我国的许多剪板机都存在体积庞大、质量过重等问题,给运输、安装带来了很多困难。由于剪板机结构复杂,很难对其刚度和强度进行直接计算,因此有必要对剪板机进行仿真模拟,寻找符合实际的优化方案,以减轻重量,方便运输、安装、节约成本。本文以QC11Y-8×3100型液压闸式剪板机作为研究对象,通过结构参数设计计算,运用有限元分析方法从剪板机参数化模型的建立、剪板机静力学性能分析、剪板机机架模态分析、剪板机机架优化设计等几个方面进行研究。
  本文首先介绍剪板机的组成及工作原理,计算剪板机的力学参数,对机架和上刀架的受力状况进行了分析,为剪板机有限元分析提供数据;再进行液压系统的设计与计算,确定相应的液压元器件;运用SolidWorks建模软件对剪板机进行参数化建模,并运用简化原则将简化后的模型导入到有限元软件中进行有限元分析。
  通过对剪板机模型进行静力学性能分析,了解了剪板机各部件之间的应力分布及位移关系。通过对机架和上刀架添加移动分布载荷模拟剪切过程,分析各剪切位置应力应变分布规律,并验证剪板机的刚度和强度,通过与实际情况的对比,发现剪板机的机架部分有很大的优化空间。
  为检验模型的稳定性与可行性,还需要对模型进行模态分析,本文主要对剪板机机架进行模态分析,验证剪板机机架的振动特性,提取剪板机的前十阶固有频率及振型,分析各振型对剪板机工作性能的影响,找出容易产生疲劳的区域,为下一步的优化设计奠定基础。
  根据剪板机静力学分析以及模态分析的结果,对剪板机机架进行结构优化,以轻量化为优化目标,分别采用了两种优化方案:一种是尺寸优化设计;一种是拓扑优化设计。通过对两种优化方案进行对比,结合实际工作情况,拓扑优化为更适合的优化方案。在保证剪板机结构刚度、强度的情况下对剪板机的结构进行合理优化,可以减小剪板机得重量,为今后剪板机的优化设计提供了一种方便可行的方案。
[硕士论文] 郭帅
机械电子工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:选择性激光烧结技术(SLS)是国内外增材制造(AM)技术领域的重要研究方向之一,与其他增材制造技术相比SLS技术在复杂零件的加工上优势更加明显。但SLS技术的应用仍被局限于工业领域,缺少面向非工业应用的消费级产品。本文针对现有激光烧结设备成本高、体积大、操作不便等不足,从降低设备成本和提高操作便捷性的角度出发,设计一种以Arduino单片机为控制核心的消费级激光3D打印机,详细叙述结构设计和硬件设计,并对预热装置进行分析,对控制系统算法进行研究及程序设计。
  本文首先对消费级激光3D打印机的现状和发展趋势作出相应的概括,分析现有消费级激光3D打印机存在的问题,确定本文研究目的及研究内容。
  根据SLS的工艺要求并参考工业级设备确定消费级激光3D打印机的功能。本着低成本的设计思路对重要零部件的参数和原理进行对比分析,选取激光扫描方式为光路飞行,激光光源为40W功率CO2激光器。
  研究了铺粉质量对烧结精度的影响,在粉箱结构设计中引入可以提高操作便捷性的模块化粉箱设计。对消费级3D打印机的预热装置进行设计。分析预热对成型件质量的影响,研究粉床表面的温度场均匀性,得出了预热装置合理的安装布局,并通过实验验证设计的科学性和效果。
  本文设计的消费级激光3D打印机使用Arduino单片机开发板作为主控板,针对该控制板制作拓展板来丰富其接口电路。拓展板主要根据消费级激光3D打印机的功能需求进行设计,设计的主要内容包括限位开关电路、步进电机驱动电路及电源电路。
  对消费级激光3D打印机的控制程序进行设计和研究,其中包括:主程序流程设计、运动控制程序设计、速度控制及温度控制程序设计,运动控制中使用Bresenham算法优化扫描点。
  根据研究设计并制作了消费级激光3D打印机样机。为获得更好的成型精度,采用正交试验法,对样机的工艺参数进行实验,得出了最优的加工工艺参数。
[硕士论文] 田磊
机械工程 河北科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国建筑业的飞速发展,钢筋混凝土结构在建筑施工项目中被广泛应用。因此钢筋连接技术得到不断的发展,钢筋连接技术的高低直接影响工程项目的质量和效率。钢筋套筒挤压连接是钢筋连接技术中应用比较多的一种连接方式。目前,对直径25mm以上的高强度带肋钢筋套筒挤压连接技术的研究比较少。因此本课题对高强度套筒挤压连接技术中钢筋套筒的自动送料和挤压成型执行系统进行研究,具有较高的工程实际意义。
  本课题是在钢筋套筒挤压连接生产工艺基础上,利用DEFORM-3D软件对钢筋套筒挤压成型过程进行了模拟仿真,了解钢筋套筒挤压成型的规律。通过分析挤压成型过程中的金属流动规律、应力、应变、载荷和破坏情况,为模具的优化设计提供理论依据。分析了当前国内常见的自动送料系统,针对钢筋和套筒的特点,确定了总体设计方案。对自动送料装置各个机械结构进行了详细设计,并利用UG建立三维模型。采用有限元软件ANSYS Workbench对挤压模具以及自动送料装置中的机械手爪进行静力学分析,以保证满足强度要求;并对双排小链轮和链条进行了模态分析,得到了固有频率和模态振型图,分析得出发生共振的频率范围,使工作频率远离这些频率,可以减少或者避免装置发生共振。
  本课题试制出的钢筋套筒挤压连接头,通过高速拉伸试验证明,接头具有良好的抗冲击能力。接头的连接强度满足《钢筋机械连接技术规程》中规定的Ⅰ级接头强度标准。
[硕士论文] 王安宁
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:铝型材具有的高强度、轻重量、耐腐蚀等优点,可以满足交通运输行业轻量化需求。在空心铝型材的连续挤压生产中,前后两根坯料首尾相接会在型材内部形成横向焊缝,如果不能精准切除这部分型材,横向焊缝及其周边包含的表皮夹杂将影响型材的正常使用性能。因此,精准预测空心铝合金型材中横向焊缝分布区域,研究横向焊缝的焊合机理和焊合本质具有重要的工程意义。
  本文以一列车设备舱横梁空心铝型材为研究对象,利用数值模拟方法预测了横向焊缝的分布。为了揭示横向焊缝形成机理与焊合本质,对焊缝区域型材样本进行了力学性能测试,并利用扫描电镜(SEM)以及电子背散射衍射电镜(EBSD)系统研究了横向焊缝区域微观组织结构的变化,得到以下结论:
  (1)利用HyperXtrude数值模拟方法辅以“表面追踪”技术对空心铝合金型材挤压过程中横向焊缝的分布区域的预测与宏观观测焊缝分布区域实验结果十分吻合,因此数值模拟方法可以准确预测空心铝型材连续挤压型材横向焊缝分布,为实际生产提供了指导与借鉴。
  (2)横向焊缝区域样件的拉伸断裂处基本都在横向焊缝处。扫描电镜观察断口形貌表明,焊缝处材料的断裂类型多为脆性断裂,横向焊缝处材料的塑性、强度和韧性均低于正常型材。
  (3)利用电子背散射衍射技术研究分析了型材中横向焊缝区域的晶粒形状、特殊晶界和微织构的演变过程,研究结果表明,在焊缝中前期,焊缝较宽,新材料区域多为等轴晶粒;旧材料区域多为细长晶粒;横向焊缝处再结晶程度不完全,多为粗大晶粒和小角度晶界,严重影响了此处材料的织构组分与机械性能;在焊缝后期,焊缝变细直至消失不见,并且焊缝两端新旧材料晶粒尺寸均越来越均匀,直至最后均为细小等轴晶粒。
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