硬脆材料加工实验教学平台研制与应用

针对现有的硬脆材料加工与超声振动加工实验教学设备的技术困境,基于超声振动辅助线锯切割工艺的优点,设计了一种新型的超声振动辅助线锯切割硬脆材料平台并将其应用于实验教学。设计了加工试验并对比了不同切割参数(锯丝线速度V_s、锯丝进给速度V_w、工件旋转速度n_w)与超声振动对线锯切割工件表面粗糙度的影响,验证了该实验教学平台及超声振动辅助线锯切割工艺的有效性。该平台结构紧凑,使用与维护成本低,灵活地将线锯切割加工与超声振动加工相结合,能有效地填补相关专业在制造类课程中关于硬脆材料加工与超声振动加工的实验教学装置技术的空白。     

基于AdvantEdge FEM的高速钢带锯条锯切ADC12铝合金的参数优化

针对汽车行业专用的ADC12铝合金压铸件在锯切过程中存在的加工问题,根据金属锯切机理将实际锯切模型进行简化。结合Johnson-Cook材料本构方程,在AdvantEdgeFEM软件中建立ADC12铝合金锯切仿真模型,模拟高速钢带锯条锯切ADC12铝合金加工过程。采用正交设计方法设计不同的锯切方案。将锯切过程的锯切抗力Fx、进给抗力Fy和温度这3个指标作为评价输入条件,结合综合评价模型找出影响锯切性能参数的主次顺序,确定最佳的锯切工艺方案。试验结果表明:当锯齿前角为15°、后角25°锯切进给量0.03mm、锯切速度100m/min时,锯切性能最佳。     

带夹持机构的锯切式苹果剪枝机设计

针对苹果剪枝过程中,枝条材料特性差异性较大,导致锯切过程不稳定,锯切插口效果不能保证的问题。设计一种带有夹持机构的锯切式苹果剪枝机。首先,应用有限元分析软件对锯切式剪枝机锯切刀片的旋转速度ω、进给速度V、受力F等重要参数进行分析。然后利用阿基米德螺线(等速曲线)设计夹持机构的支撑刀片刃口曲线。最后,借助ADAMS仿真分析软件对夹持机构的重要参数进行仿真分析,使锯切刀片实现最优的作业状态。在上述研究的基础上制作样机,进行现场试验验证。结果表明该机构达到设计要求,枝条的切口平整光滑,符合枝条修剪后的愈合园艺要求。     

基于AMEsim的采育头锯切液压系统建模与仿真

液压驱动链锯是林木联合采育机采育头的关键执行部件,用于采伐锯切原木,完成伐木过程的造材作业。为了对比采育头串、并联锯切液压系统的优劣,在获得采育头锯切作业性能参数的基础上,对采育头锯切机构进行虚拟样机建模,对锯切作业过程进行研究与分析。基于AMEsim软件平台构建了采育头锯切作业的串联液压系统、并联液压系统的仿真模型,进行液压作业仿真,对仿真结果进行对比与分析,发现并联系统的功率利用率高于串联系统。      

超声磁粒复合研磨加工工艺参数控制系统设计

在研究超声磁粒复合研磨工作原理基础上,结合传统磁粒研磨材料去除数学模型,探讨了超声振动对提高磁粒研磨效率的积极作用,揭示出主轴转速、供磁电流、加工间隙、超声功率等是影响超声磁粒复合研磨质量和效率的关键因素。运用现有数控铣床和工件表面精加工数控代码,结合软件技术设计了一套超声磁粒复合研磨加工工艺参数控制系统。实验证明,该控制系统可以实现自由表面超声磁粒复合研磨工艺参数的自动控制。     

苹果树枝锯切过程动力学仿真分析与试验

修枝是苹果树管理的重要内容,而修剪质量对树木的旺盛生长及果实高质量的产出极为关键,计算机仿真技术对刀具锯切过程的深入研究与理解具有现实意义。基于ANSYS/LS—DYNA/WORKBENCH对圆锯片锯切苹果枝条的过程进行有限元模拟仿真,揭示锯切速度、工进速度、枝条直径、枝条湿度的变化对切口质量的影响规律,并对优化的目标参数的锯切过程实施刀具的应力—应变、模态以及疲劳分析,仿真结果显示与果树修枝实际作业情况基本吻合。     

基于AFM的纳米机械刻蚀加工研究

结合原子力显微镜实验及分子动力学模拟,研究刻蚀加工机理,分析了针尖弹性模量、几何形状、磨损等工具因素,刻蚀力、进给量、加工速度等工艺因素,加工材料性质、表面质量等工件因素对加工的影响及作用机理。     

内螺纹冷挤压过程的数值模拟研究

针对高强度钢内螺纹的冷挤压加工过程中,工件底孔直径、挤压速度与摩擦因子对内螺纹挤压过程中温度与扭矩的影响,导致丝锥的磨损与折断以及内螺纹的加工质量影响很大的问题,通过对Q 460高强度钢内螺纹冷挤压过程的数值模拟与试验研究,分析了不同工艺参数下工件底孔直径、挤压速度与摩擦因子对内螺纹挤压过程中温度与扭矩的影响,并优选工艺参数获得理想的内螺纹,为进一步提高内螺纹的表面质量和疲劳性能提供新的依据。     

圆盘锯切技术在农机领域的研究现状及展望

圆盘锯切技术是我国农业机械领域切割技术的重要组成部分,高速旋转的圆盘锯在茎秆锯切上有着独特优势。在锯切过程中使用有限元仿真和正交试验来确定最佳工作参数,并对圆盘锯轮廓曲线及动态稳定性进行结构优化是目前研究的热点。本文对圆盘锯工作参数和结构的优化研究现状进行了概括,分析了我国圆盘锯切技术存在的问题,并对发展趋势做出了展望。     

金刚石线锯超声复合加工系统锥形超声变幅杆的研究设计

对金刚石线锯超声复合加工系统中的超声变幅杆进行研究,利用超声变幅杆的特征参数,选取调质过后的45号钢进行理论计算,设计了半波长锥形超声变幅杆,调试能够达到预期的振动效果。     

薄型锯片锯切硬脆石材横向振动模型

分析了金刚石圆盘锯锯切石材过程中节径型横向振动的形成原因,发现行波振动中锯齿边缘的波动变形导致了锯切力形成附加轴向力。在与锯片同转速的旋转坐标系下推导了轴向附加力的数学模型,进而建立了石材锯切过程中锯片横向振动模型。基于Newmark方法设计了振动模型的求解算法,并编写了仿真程序。为了验证模型的有效性,进行了石材加工生产现场锯片的横向振动监测实验,对锯片不同位置、不同工艺参数下的横向振动值进行了测量。6组振动模型的计算结果与对照实验结果的误差不超过13%,验证了模型的有效性。     

簇生番茄果梗超声切割过程仿真与试验

为揭示超声技术应用于簇生番茄切割采收的机理及优势,比较了簇生番茄果梗材料在常规切割和超声切割中的切割力和去除特性。首先测定了簇生番茄果梗和自制超声切割刀的参数,然后基于Abaqus进行仿真,将果梗纤维化,在宏观和微观仿真中对比常规切割和超声切割过程中的应力及去除机理。最后,自制试验台,通过改变超声切割刀的激振频率、输入电压、切割速度和切割角度进行切割力测定试验并采用响应面法的Box-Behnken进行四因素三水平分析,随后观察果梗断面形貌。结果表明：在自制超声刀工作频率(35～37 kHz)和电压(340～380 V)内,切割速度、角度对切割效果影响最显著,激振频率和输入电压在特定值附近时切割效果最好;在36 kHz、360 V、0.125 cm/s、0°的条件下,仿真中超声切割耗时约为8 s,平均最大切割力为0.635 N,相对于常规切割(1.019 N)降低37.7%;试验中超声切割耗时约为5.3 s,所需切割力最大为0.543 N,相较于常规最大切割力(1.017 N)降低46.6%,同时表面粗糙度降低20.9%,试验与有限元仿真的切割力结果误差为8.9%,基本吻合。超声切割可以...     

Ti6Al4V超声振动切削机理研究

加工钛合金Ti6Al4V时,常规切削的性能往往不能满足要求.鉴于此,比较了不同条件下加工Ti6Al4V的切削加工性能,研究超声振动切削钛合金机理.结果表明,积屑瘤增长阶段,随着速度的升高,积屑瘤逐渐变大,但积屑瘤并不会随速度的增加而无限增大,当积屑瘤增大到一个极限值时会随着速度的增加而逐渐减小.与常规切削相比,在积屑瘤...     

大蒜仿形浮动切根机构运动特性分析与仿真

为深入研究大蒜仿形浮动切根机构作业机理,进一步提升仿形浮动切根作业质量,开展切根机构仿形浮动作业过程运动学解析,构建切根机构浮动位移量数学模型、回转切刀刃口轨迹曲面数学模型、切刀刃口切割速度数学模型,探明切根机构结构参数和运动参数对仿形浮动切根作业过程的影响;同时,通过ADAMS虚拟样机仿真试验,获取切刀运动轨迹曲线、时间—切割速度曲线和位移—切割速度曲线,分析不同切刀转速、切刀数量、刃口位置点、切刀位移等对切割次数、漏切区、切刀运动轨迹、切割速度的影响。研究结果表明,通过合理设置切根机构结构参数和运动参数,可有效实现机构的仿形浮动切割作业,提升切根作业效果;当蒜株输送速度为1 m/s、切刀倾斜角度为33°、回转切刀转速为2 600 r/min时,根盘处的根系被单个切刀刃口旋转最高点的切割次数可达到2次,且漏切区面积很小;当蒜株输送速度为1 m/s、切刀倾斜角度为33°、回转切刀转速为1 000 r/min、切刀数量为4片时,根盘处的根系被所有切刀的刃口旋转最高点的切割次数为2次,且漏切区面积很小。该研究可为大蒜联合收获仿形浮动切根作业机理研究和机构优化提供理论参考。     

纳米尺度接触过程分子动力学模拟

为研究纳米尺度接触过程力学行为,以刚性半球体接触压入单晶硅表面为分析对象,建立分子动力学模型并求解仿真,得到纳米尺度接触过程中微观接触区域的状态变化和接触作用力变化规律.由于粘附力作用,两表面尚未完全接触时,基体原子发生纳米尺度接触所特有的“突跳”现象.随着接触深度增加,基体原子位错和滑移带相继出现,接触区域的硅材料由初期弹性变形转向后期塑性变形.在脱离接触过程中,基体材料有部分弹性恢复,接触完全脱离时,球面仍粘附着部分硅原子.然后利用原子力显微镜,对应分子动力学模拟时的参数条件和接触过程,进行实验对比分析,实验结果表明:分子动力学模拟不但对纳米尺度接触过程力学行为的分析是可行和有效的,而且可以观察到实验无法反映的微观细节.     

基于压电效应的果实采收超声切割机理分析

主流果蔬采收末端执行器根据采收的果蔬品种和果梗木制纤维材质的不同,结构差异较大,均存在占据空间大、结构笨重、易碰撞果实和易造成损伤等问题,不利于果梗切割,因此研究一种结构灵活、占据空间小、切割省力的适用于不同果梗木制纤维的超声切割刀应用于果蔬采收末端执行器非常重要。本研究采用理论-有限元-试验相结合的方式对超声切割刀切割果梗的机理进行分析。首先建立了超声刀具切割果梗的物理场模型,通过对切割过程进行时空分析,建立了其位移、速度、加速度等数学模型,分析了切割过程的时空不连续性,基于断裂力学对果梗切割机理进行研究并绘制Matlab响应面图,可以发现超声切割所需要的力小于常规切割。利用有限元分析软件,对超声刀具进行了模态分析和谐响应分析,得到了刀具在不同频率下的振动模态和利于切割的最佳频率。最后,利用自制试验台采用不同切割速度分别对不同直径的橘子和橙子果梗进行了超声切割试验。试验结果表明：切割速度和激振频率与采收切断力有关,在高频和低频振动下,随着果梗直径增加,切割时间变化在0.4s内,切割效率稳定;试验中超声切割的最大切断力远小于常规切割,且小于1N,超声切割可以很有效地降低切断力,减小切割时的冲击作用,相对于常规切割切断能力更强,适合将其应用到采收末端执行器,从而获得更高的采收效率。     

超声铣削钛合金材料表面粗糙度研究

在传统铣削基础上赋予铣刀超声扭振,研究加工参数(振幅、铣削速度、进给量)对铣刀侧刃加工表面质量的影响。进行了扭振铣削试验,得到了单变量加工参数对铣削表面质量的影响,并应用方差分析和响应曲面分析研究了加工参数各因素及交互因素对表面粗糙度影响的显著性,优化了加工参数,建立了粗糙度预测模型。研究表明,施加的超声扭振可明显降低表面粗糙度;超声扭振铣削加工时对表面粗糙度影响重要程度依次为振幅、铣削速度、进给量;采用大振幅和低铣削速度更利于降低表面粗糙度。     

硬质合金刀具干式切削淬硬钢的切削性能试验研究

在数控车床上进行了干式硬态切削淬硬钢,优选刀具材料和切削条件,研究了切削性能和刀具磨损情况。研究表明:采用添加少量的TaC新型硬质合金材料刀具,能阻止WC晶粒在烧结过程中的长大,是合理的刀具材料;改善表面粗糙度应重点从进给量考虑和切削深度考虑,切削速度的影响是比较小;刀具的磨损形态主要特征为月牙洼磨损,刀具的破损主要形式为刀片表层剥落、切削刃的微崩刃。     

微细铣削表面粗糙度预测与试验

分别采用正交试验回归分析法和基于正交旋转组合设计的二次响应曲面法(RSM)建立了微细铣削表面粗糙度预测模型,并在微小型车铣中心上对硬铝合金进行了试验研究,分析了铣削参数对表面粗糙度的影响.分别对两种预测模型进行了显著性检验并进行对比分析后发现:二阶响应曲面法的预测精度明显优于正交回归分析法.根据二次响应曲面法的试验结果,对回归方程中的回归系数进行了显著性检验,得出了铣削参数影响表面粗糙度的线性效应、二次效应和交互效应的显著性并进行了排序.试验结果表明:在试验采用的工艺参数范围内,对微细铣削表面粗糙度影响重要程度依次是铣削速度、每齿进给量、切削深度.