面向数控加工的数字孪生系统

在智能制造的大背景下,智能化是数控加工的一个重要发展方向,数字孪生的出现为传统数控加工的智能化提供了新思路,如何利用数字孪生技术增强数控加工的智能性,这一点还缺乏深入研究。从感知、理解、推理和服务4个层面详细论述了数字孪生技术在数控加工智能化上的增强作用,并与传统加工过程进行对比,结合自主研发的GrapeSim数字孪生系统,说明数控加工智能化的技术实现路径。该系统已在中国商飞生产线上得到验证,进行了大量针对实际加工零件的测试工作,显示出了对加工智能化的提升效果和数字孪生系统的实用性。     

多工位同步加工电火花线切割机床研制

在民用和军工领域存在许多环状工件需要分块切割,但现有电火花线切割加工方法效率低、内应力大,通过发明、制造了一种圆形多工位同步加工的电火花线切割机床,采用一根电极丝在机床不同位置,对环状工件同步进行径向切割。介绍了机床总体结构设计、电源研制、控制系统开发,并通过工艺试验验证了机床的可行性。     

基于超声导波波束成形的缺陷反演方法研究

利用超声导波对板结构中的缺陷进行反演可以确定缺陷的位置和形状信息,针对走时成像方法在低频范围内效果不佳的问题,提出一种基于波动场的超声导波缺陷反演成像方法。根据波动方程推导出波束成形成像原理,利用Born近似下的散射场数据对成像区域像素点的值进行相干叠加,得到缺陷的位置和形状。再通过波束成形与傅里叶衍射定理在频域的映射关系,将波束成形的结果转化为衍射层析成像图像,得到了更为清晰的反演图像。针对衍射层析成像中存在伪影和噪声的问题,利用二维变分模态分解（Two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD）方法对图像进行降噪处理,有效去除了伪影和缺陷轮廓边缘的毛刺,进一步提高了成像分辨率。反演结果表明该方法可以较为准确地重构出铝板上减薄缺陷的位置、大小和形状,具有较高的分辨率。     

具有半导体特性的往复走丝电火花线切割研究

针对超高厚度切割、细丝切割、金属基陶瓷复合材料切割等一系列具有半导体特性的电火花线切割,提出一种具有半导体特性的电火花加工理论体系。其实质是：由于工件、电极丝或者两者已具有不可忽略的电阻,从而具有了半导体特性,已不能将其作为传统电火花加工中的等势体对待。分析了半导体特性下的往复走丝电火花线切割的加工特征及采用传统电火花线切割加工伺服控制方法失效的原因,提出了使用辨识度更高、基于电流脉冲概率的检测来判断极间的加工状态;同时为了做到长久稳定切割,对于往复走丝时正反向走丝差异明显的工况,应采用正反向不同的伺服控制策略。     

粘结剂喷射成形多孔Inconel 625合金的孔隙结构及力学性能研究

采用粘结剂喷射成形与粉末烧结技术相结合制备多孔Inconel 625合金制品,研究了烧结温度对多孔试样的孔隙率、气孔特征、微观结构、烧结颈和拉伸性能的影响。首先采用粘结剂喷射成形技术制备生坯,然后进行脱脂烧结得到多孔试样,通过光学显微镜、扫描电镜对金相和拉伸断口形貌进行表征,对气孔特征、微观结构和烧结行为进行分析,利用阿基米德排水法和拉伸试验分别对孔隙率和力学性能进行表征。试验结果表明,烧结温度由1150℃升高至1280℃,烧结制品的孔隙率由24.8%降低至8.63%,抗拉强度由316 MPa提高至515 MPa,在1250℃烧结时可获得最佳综合性能,孔隙率为17.16%,拉伸强度达到451 MPa。该方法为多孔材料的制备提供了新思路,并为粘结剂喷射成形Inconel 625多孔材料,烧结温度对孔隙结构和力学性能的影响规律提供了参考。     

TA15钛合金局部减重中空双层结构超塑成形/扩散连接工艺

在应变速率为0.001 s^-1、0.005 s^-1、0.01 s^-1,温度为880℃、900℃、920℃、940℃的条件下对TA15钛合金进行了高温拉伸试验,材料在920℃以上、0.005 s^-1以下的延伸率可超过500%,具有优异的超塑性能。计算了TA15钛合金的本构方程及在应变速率为0.005 s^-1时,不同温度下的应变敏感性指数m值和材料常数K值。通过超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺,采用有限元模拟对双层结构件的壁厚分布进行分析,并获得了气压加载压力–时间曲线。在温度为920℃时,采用预镂空面板制得了局部减重的中空双层结构件,最小壁厚为0.31 mm,采用超声波C扫描对零件的扩散面积进行分析,结果表明,焊合率高于95%。     

TA15钛合金超薄中空四层结构超塑成形/扩散连接一体化成形及精度控制

本文采用TA15钛合金热轧薄板作为原材料,探究超薄中空四层结构的超塑成形/扩散连接工艺。首先通过高温拉伸试验对TA15钛合金的超塑变形行为进行研究,获得了超塑成形过程的应力–应变曲线。然后通过有限元软件对薄壁横向局部贯通四层纵筋结构的超塑成形过程进行模拟,对成形过程中壁厚减薄、应力分布等行为进行研究,为后续超塑成形/扩散连接试验提供有效指导。最终成功制备了芯板直立筋良好、三角区宽度仅0.9 mm的超薄中空四层结构,其中面板最大减薄率为18.6%,芯板最大减薄率为55.1%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为92.1%～98.5%。TA15钛合金板材的原始显微组织晶粒细小破碎且呈等轴状,平均晶粒尺寸小于5μm,经长时间的超塑变形与热暴露后晶粒显著长大。     

耐热钛基复合材料制备加工及应用综述

钛合金以其高比强度、高比刚度以及耐高温性能备受航天航空等领域的青睐。合金化手段已无法使钛合金突破600℃服役温度瓶颈,无法满足超高速飞行器及新型航空发动机等航空航天装备更高服役温度需求。向高温钛合金中原位引入多元多尺度的陶瓷增强相,精准控制其形成特定构型结构是实现更为优异高温性能的有效途径之一。这种新型材料也被称为耐热钛基复合材料,其使用温度较传统钛合金可提高50～200℃,受到广泛关注。本文针对耐热钛基复合材料的研制,从复合构型设计及制备、近净成形加工技术（增材制造、精密铸造、等温超塑性成形）及高温力学性能等方面,全面综述了以上研究进展及应用现状,并提出该材料目前存在问题以及未来发展方向。     

TB2钛合金薄壁波纹板的超塑性成形技术研究

论述了TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al)钛合金的超塑性成形在空间飞行器结构件—波纹板(厚0.25mm)制造上的应用技术,内容包括成形工艺参数和试验装置。结果表明,TB2钛合金粗晶板材,不经过组织细化处理,在750±10℃时具有良好的超塑性,并在超塑性成形过程中发生动态再结晶,使晶粒细化;同时,强度(δ_b)和塑性(δ)均有所提高。对于TB2薄壁波纹板而言,不锈钢(1Cr18Ni9Ti)成形模具及其平面密封结构能够满足超塑性成形的使用要求。     

钛合金超塑性成形的模具设计

本文介绍了钛合金超塑性成形模具设计中的主要技术问题,如热成形方式的选择、模具材料、结构设计、功率计算、电热元件、耐火保温和高温密封等问题。