振动攻丝工艺研究

从运动学角度分析了振动攻丝原理,并验证了数控振动攻丝机床运动的正确性,试验研究了切削参数对攻丝平均扭矩的影响和振动攻丝的工艺效果     

大气压空气纳秒脉冲等离子体气动激励特性数值模拟与实验验证

从机理出发,建立了考虑15种粒子和42个反应的二维等离子物理-化学模型,采用3段变步长方法,计算了纳秒时间尺度上等离子体放电特性与微秒、毫秒和秒时间尺度上流场的温度、压力与速度响应,并利用伏安特性、综合成像高速摄像机(ICCD)与粒子成像测速(PIV)实验对模型进行验证.结果表明:纳秒脉冲等离子体放电可以形成速率高达1.8×1010 K/s的局部快速温升,热源最强位置在上极板后端点;局部能量快速注入可引发压力场强扰动,形成以上极板后端点位置为中心且呈不均匀分布的压缩波和紧随其后的膨胀波,强压力扰动波形成初始阶段以当地声速快速传播,但很快即衰减为弱扰动波;压力扰动后的局部高温诱导局部流场形成涡结构,涡内流体平均速度为0.3 m/s.仿真和实验结果均显示,施加重频纳秒脉冲激励时,局部诱导涡与宏观热对流效果相叠加,使流体响应呈先垂直向上、再稳定斜向右上射流的规律.     

钛合金TC4高速切削刀具磨损的有限元仿真

借助有限元方法对切削钛合金时硬质合金刀具的磨损进行了仿真.首先,根据钛合金切削时刀具磨损机理,建立了能够综合反映粘结磨损、扩散磨损及磨粒磨损的磨损率模型;通过增大传热系数、平滑节点磨损值等方法,解决了刀具磨损过程中切削温度场的仿真、内部网格的调整及刀具表面轮廓的光滑处理等一系列问题,结合磨损子程序建立了预测刀具磨损的有限元模型.然后,通过切削实验对有限元模型的有效性进行了验证,结果表明:所建立的有限元模型能够较准确的预测刀具前刀面磨损及其磨损形貌.最后,对高速切削钛合金条件下的刀具耐用度进行了预测,预测结果表明:随着速度的增加,刀具会快速磨损,切削速度为300 m/min时刀具寿命仅为130 m/min时的1/3.因此,切削速度的选择要综合考虑切削效率与刀具寿命这两个因素.     

节流孔板位置对空心阴极特性的影响研究

为满足全电推进系统的宽放电电流范围需求,开展了节流孔板内移研究。将传统结构空心阴极的一部分发射体转移到节流孔板下游,即节流孔板夹放在两段发射体之间。对比测试发现,新结构阴极的阳极电压大约降低4V,空心阴极的内压提升约50%,供气管外壁最大温差由原来的94℃下降到25℃,阳极电压振荡小于8V。进一步,利用光谱诊断系统,对阴极羽流区进行了研究。通过对羽流区等离子体固定位置进行全谱(400nm～1000nm)扫描,发现节流孔板内移之后,阴极羽流区新出现了波长为529nm和542nm的光线。利用Kura相机拍摄的羽流区二维等离子体分布图像显示,当放电电流为4A时,阴极羽流区的Xe和Xe+的密度低于传统结构空心阴极。宏观特性测试结果显示节流孔板内置式阴极可以在更宽的电流范围内维持点模式工作。可用于需要宽放电电流范围的全电推进系统以及需要低阴极供气流量、高比冲的小型电推进平台。     

脉冲等离子体推力器点火可靠性试验研究

为了得到PPT点火可靠性表征参量的内在联系及放电能量对其影响规律,开展了传统PTFE与掺碳PTFE两种工质的可靠性试验研究,通过记录点火故障率和分析放电延迟时间,得到了不同工质PPT的点火可靠性,为PPT点火可靠性分析提供了新的研究思路。研究结果表明:在不同放电电压下,PTFE工质PPT放电延迟时间随点火次数增加的变化规律明显不同。放电电压为1kV时,放电延迟时间在1μs～15μs内变化,在初始阶段时明显增加,然后在波动中上升,并伴随有点火故障发生;放电电压为1250V和1500V时,放电延迟时间在1μs～5μs之内波动,且没有点火故障发生。两种工质的放电延迟时间均随点火故障率增加呈非线性规律变化,掺碳PTFE的放电延迟阈值与放电电压之间呈指数函数规律变化。     

CFRP三维铣削仿真模型的建立及层间损伤分析

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有层间结合强度低、各向异性等特点,切削过程中易产生层间损伤。为了对CFRP铣削加工过程中的层间应力、层间损伤进行研究,建立了复合材料三维铣削仿真模型。该模型在结构上采用等效均质建模,层内单元利用VUMAT子程序建立了三维Hashin起始失效准则以及损伤演化过程模型,层间采用Cohesive单元连接以模拟层间损伤的产生及扩展。通过与实验切削力数值的比较,验证了仿真模型的准确性。利用该模型分析了切削力、层间应力及层间损伤随纤维方向角(0°、45°、90°、135°)的变化规律。结果表明:铣削过程加工损伤主要集中在近工件表面。铣削力、层间应力、层间损伤受纤维方向角的影响,纤维方向角为90°与135°时,轴向铣削力较大,层间应力与层间损伤均随纤维方向角的增加而增大,纤维方向角为135°时,层间应力最大,层间损伤最严重。     

微机在切削数据采集与处理中的应用

本文介绍了作者建立的微机辅助切削数据采集与处理系统,讨论了应用微机实现切削力、切削温度、刀具磨损的测量,并利用微机的实时计算功能提高测量精度的方法。本文还介绍了应用微机实现机床主轴转速无级调控的原理与方法,以及作者编制的切削试验过程管理软件的功能。实际应用结果表明,引入了微机进行的切削试验数据的采集与处理,可以有效地提高切削试验中各参数的测量精度,并使我们从冗繁的试验数据的读取、登录、统计以及文件编制工作中解脱出来,大大提高试验效率。     

用任意空间曲线控制的复杂组合曲面数控加工算法研究

提出了一种基于参数曲面三角化的复杂曲面刀具轨迹生成方法。即利用给定的任意空间曲线作为控制边界,构造新的参数曲面,在此简单参数曲面上生成刀具轨迹。离散化复杂组合曲面为若干平面三角片,投影已生成的刀具轨迹到平面三角片上,再考虑加工精度、余量、干涉等,便可得到复杂组合曲面的刀具轨迹。根据该方法还可以获得指定加工区域的刀轨。     

金属基复合材料的切削加工

选用四种切削性能优良的刀具材料：细晶粒硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石，对两种典型的金属基复合材料即氧化铝纤维增强与碳化硅颗粒和氧化铝纤维混杂增强铝基复合材料的切削加工性进行了全面深入地研究。结果表明：加工混杂增强铝基复合材料时，聚晶金刚石刀具的磨损阻力最大。而加工纤维增强复合材料时，细晶粒硬质合金刀具的磨损率低、工件表面完整性好且加工成本最低。本文对刀具的磨损机理也进行了深入探讨。最后，从刀具磨损和表面完整性观点出发，给出了加工不同金属基复合材料的最佳刀具材料。