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[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] 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。
[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] 李贝贝
计算机科学与技术 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:近几年来,热轧钢材已广泛应用于建筑、桥梁、管道、汽车、船舶、铁路、工程机械、压力容器等许多行业和领域。这些关键领域都密切涉及到民生和公共安全,因此要求热轧产品必须具有良好的产品质量,特别是抗拉强度、屈服强度和延伸率等力学性能。传统的热轧产品质量检验会随机抽取少量样品来测量这些样品钢的力学性能。然而,这种抽样检验的方式会花费大量的时间和人力。
  钢材在冶炼和热轧过程中,轧件的微观组织会发生一系列复杂的变化,直接决定了钢材本身的力学性能。因此,用化学成分和热轧工艺参数预测其力学性能具有重要的理论意义和应用价值。
  由于热轧生产是一个高实时性的动态工艺过程,会受到各种随机因素的干扰,同时也包含了海量的工艺参数。因此,Irvine提出的理论数学模型预测方法基于很多近似的假设,仅适用于理想环境和理论分析。近年来,随着人工神经网络的提出和发展给热轧产品性能预报提供了有效的技术工具,预测精度得到了极大的提高。然而,由于人工神经网络结构和学习算法的限制,对当前海量的实时工业生产数据已经无法得到有效的训练和学习,不能满足用户日益提高的精度预测需求。
  本文提出基于深度神经网络的热轧产品性能预报模型,利用深度前馈神经网络和卷积神经网络实现了从钢铁成分和热轧工艺到力学性能的预报模型。利用两个热轧厂的50000多条热轧数据,以及Google的Tensorflow平台实现了对应的算法和模型。本文首先通过对比实验,证明了深度前馈神经网络对比浅层神经网络在钢铁性能预测上的可行性和优越性,并获得了较好的精度提升。更进一步针对前馈神经网络不能挖掘特征参数之间关系的缺点,提出了通过卷积神经网络进行钢铁性能预测的方法。本文在分析了两种模型的基础上,结合实验中出现的过拟合等问题,使用Dropout,Batch Normalization等各种技术对网络模型进行改进。实验结果验证了本文算法的有效性和可靠性,可有效提高热轧产品性能预测的精度。
[硕士论文] 黄俊杰
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:渐开线花键轴在传递载荷较大、定心精度要求高的场合应用广泛,提高花键制造能力和加工水平对于我国花键轴制造行业及相关产业的发展都具有重要意义。冷搓成形技术用于外花键加工,是一种高效、高精度、高材料利用率的新型制造方法。
  本文根据冷搓成形原理,对渐开线花键搓制过程的成形机理和关键参数进行了模拟仿真:以咬入、粗搓、精搓、退出各个阶段的齿形变化特征为基础,结合滑移线法,分析了塑性成形过程中的金属流动特性;基于数值模拟的正交试验方法,分析了毛坯材料(力学特征)、搓制速度、摩擦系数对搓制全程尤其是受力大的咬入和粗搓阶段的成形力影响和变化规律,为加工工艺参数的控制提供了理论依据。
  在上述成形机理和关键参数研究基础上,论文对花键轴立式冷搓装备及成套装备关键技术进行了研究,包括搓齿机整机结构设计、传动系统设计;对搓齿机进行了强度和模态分析,可为搓齿机的设计提供参考;对基于搓齿机的等速轴成套装备,设计了便于运动规划的球关节上下料机器人,并基于PLC实现了机器人与数控机床连线。
  论文完成的花键冷搓成形过程工艺参数变化规律、花键轴制造以及成套装备连线方式等研究,为花键轴制造工艺和装备水平的提高提供了有益参考。
[硕士论文] 陈彦
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:80MN海绵钛电极液压机主要用于EB炉熔炼方柱块料和自耗炉圆电极块料的压制成形。该压机采用连续工作制,单次工作时间不低于24小时。
  本文结合海绵钛液压机的结构及工作特点,提出远程故障诊断方法,并搭建B/S构架的远程通讯系统,保障海绵钛液压机连续可靠工作,提高产品综合可靠性,具体工作内容如下:
  (1)根据海绵钛液压机的结构特点,介绍了各系统的组成及工作特点。根据各系统的工作情况,将主要故障进行分类,并分析故障产生的原因,形成了故障表。结合粗糙集理论和方法,建立了海绵钛液压机故障预测决策表。利用粗糙集约简方法,对海绵钛液压机中冗余的条件属性进行约简,删除冗余的条件属性,降低系统计算量。生成最简故障预测决策表。
  (2)结合支持向量机及最简故障预测决策表,建立有向无环图法分类决策树,样本集条件属性差异最大的类为根分类器,避免误差累计效应。分析影响遗传算法计算精度主要参数,基于正交实验法,优化计算海绵钛液压机故障诊断模型中遗传算法的始种群数量及迭代次数的合理数值。
  (3)根据海绵钛液压机的现场工作特点,设计了现场监控系统,以PLC系统为执行系统,上位机为主控制系统,利用OPC技术建立了PLC系统与上位机的数据通讯。建立了用户管理、故障信息、历史故障、液压机状态信息等四个数据库,设计了每个数据库的字段及主键,根据具体需求实现了对数据库的操作。
  (4)基于倍福系统搭建了远程监控系统实验平台,利用实验平台验证了本文所提出的海绵钛液压机故障诊断模型的有效性,并与神经网络算法及支持向量机算法进行了比较,验证本文方法的优越性;利用实验平台进行了远程通讯系统的实例通讯,验证了远程通讯系统的可行性。
[硕士论文] 陈帆
机械电子工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:冲压成形行业是机械制造业的基础行业,冲压加工过程中装备能量消耗高,能量浪费大。降低冲压加工过程的能耗对于实现冲压行业的绿色制造意义重大。车间调度方案能对企业生产效率和能源消耗产生影响,通过合理选择加工设备可以实现车间层的能量节约。本文围绕着冲压车间层能耗优化的调度目标,分别研究了冲压车间静态调度和动态调度的能耗优化问题。主要的研究工作如下:
  (1)阐述了车间调度理论,介绍了车间调度的分类、求解方法。在分析冲压车间生产特点的基础上,确定了冲压加工过程中能量消耗的组成部分,建立了冲压车间调度的能量模型。
  (2)研究了冲压车间静态调度的能耗优化问题。首先结合传统的完工时间调度目标,建立了以完工时间最小和车间总能耗最低为优化目标的冲压车间静态调度模型。然后在经典的遗传算法中引入模拟退火算法的回火机制,设计了相应的遗传模拟退火算法,并通过案例分析比较,验证了本算法的优越性。最后通过实例计算,将获得的优化调度方案分别与传统调度方案以及不考虑运输能耗的调度方案进行对比分析,结果验证了模型的可行性及有效性。
  (3)研究了冲压车间在动态环境下能耗优化的调度模型。首先以静态调度研究为基础,然后基于滚动窗口技术,利用遗传模拟退火算法对冲压车间中出现订单插入和机器发生故障两种实际动态事件进行处理,最后通过实例验证了动态调度策略的可行性。
[硕士论文] 周春生
工业工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:节能减排是当今制造业面临的普遍问题,实施低碳制造的发展战略在世界各国已达成共识。目前,制造业的低碳和节能生产已经成为当下的研究热点。冲压成型不仅是机械制造业的基础行业,而且在金属加工行业中占重要的组成部分,中国制造业所用的钢材有60%-70%是板材,其中大部分用于冲压加工。同时,由于在金属加工行业中冲压成形能量消耗相对较大,因此,对冲压成形加工开展低碳节能的研究具有重要的现实意义。本文针对冲压车间分批节能调度研究做了如下研究:
  首先针对冲压车间同一工件不同工序有着不同的可选设备集及同一工件同一工序不同批次的并行加工,以完工时间和加工总能耗为优化目标建立冲压车间可并行分批节能调度优化模型。
  其次针对冲压车间的生产特性,提出了基于工序分批和工件分批的调度策略。工件分批采用试探法进行分批,首先对当前工件进行分批,将分批后的调度方案与上一方案进行对比分析,直至找出最优调度方案;工序分批采用的是基于关键工序进行分批,首先找出所有工序中的瓶颈工序,对瓶颈工序进行分批,将分批后的调度方案与分批前的调度方案进行对比分析,最终找出最优化调度方案。
  然后针对所提模型和分批调度策略编写求解该模型的多层编码遗传算法。编码的第一层代表冲压件的编号,第二层代表冲压机的编号,通过编码的序列可以确定冲压件各工序的加工顺序和该序列完工时间和加工总能耗。
  最后进行案例研究,分别对基于工件批量划分和工序批量划分下的冲压车间进行实例优化分析,得出最优化的分批和调度方案,在此基础上引入动态事件,对引入动态事件后的方案进行再次优化分析。
[硕士论文] 黄照森
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着铁路运输的发展,重轨应用越来越广泛,道岔钢轨跟端成形工艺对铁路运输安全具有重要影响。本文针对钢轨成形质量以及压机抗偏载问题,围绕道岔钢轨跟端成形的关键技术进行研究,主要研究内容如下:
  (1)本文在现有四工位道岔压机装备的基础上,创新设计了具有可切换工位的抗偏载压机结构,并提出锻造装备——50000kN锻造压机的功能要求、设计要求、模具设计、结构特点等关键技术指标。
  (2)针对钢轨跟端成形特点,设计不同工位的模具结构,并借助有限元软件优化模具型腔,以达到钢轨成形无飞边或少飞边的目的。分析60AT钢轨跟端成形过程中,各工位制件的应力、应变、损伤值、温度场以及载荷变化情况,符合跟端成形的预设标准。
  (3)基于Oyane韧性断裂准则,结合数值模拟分析,提出了利用损伤值判断钢轨跟端成形质量的一般方法。通过建立正交试验,改变不同工艺参数组合,得出影响钢轨跟端成形质量的相关结论,并对不同参数如何影响损伤峰值,以及影响成形质量的内在因素等作出具体分析,以达到减小材料损伤值的目的。
  (4)通过实验结果与仿真结果进行对比,两种方式所获工件的各项参数大体一致,实验所获钢轨经过后续验证,未发现有材料开裂、充填不足等明显缺陷,达到了通过仿真设计实验的目的,进一步为AT钢轨跟端成形生产提供了理论依据。
  本课题所研究的60AT钢轨跟端锻造成形工艺,对于提高道岔钢轨跟端成形质量具有实际生产的参考性。
[硕士论文] 王超
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着汽车轻量化的发展需求,热冲压成形工艺所成形的超高强钢板得到大量的应用。与传统的冷冲压技术相比,热冲压技术因处于高温工况下,材料的可塑性增强,成形性好,能够一次成形复杂的冲压件。并能明显降低冷冲压成形中存在的回弹现象,零件精度高,成形质量能够得以保证。但目前热成形工艺仍有诸多问题有待解决,如工件在折弯处的轻微回弹和局部起皱现象,金属表面损伤较为严重以及热成形所造成的金属组织分布不均等问题。本文基于数值仿真手段构建粗糙表面高温接触摩擦有限元模型,对接触下压和滑动过程进行热力耦合分析,以探究高温摩擦界面微观摩擦磨损机理。
  本文基于MATLAB与ANSYS构建出随机粗糙表面,利用APDL参数化设计语言实现热成形接触摩擦有限元模型的建立。通过改变粗糙实体粗糙度、温度、外载大小来设置多种工况,进行三维瞬态热-力直接耦合分析,研究接触下压过程中接触界面压力、粗糙实体Von Mises应力、光滑实体温度和接触界面真实接触面积的变化等情况,以及接触滑动过程中接触界面压力、粗糙实体Von Mises应力、真实接触面积和高温接触相关摩擦学性能变化等情况。
  结果表明,高温工况下,接触压力、粗糙实体Von Mises应力和真实接触区域主要分布在粗糙实体微凸峰附近,随着下压过程中外加压力的增大而增大,滑动过程中呈稳定波动状态,整体数值大小与所施加温度及载荷有直接联系;相同条件下,温度越高,粗糙度越低,真实接触面积比越大,粗糙实体Von Mises应力和接触界面节点最大接触压力值越小;当接触状态由粘结接触转变为滑动接触,接触压力在短暂时间内出现了大幅度的急剧下降,而最大Von Mises应力则迅速变大,真实接触面积将继续增大一定值;塑性变形量与作用压力成正比,且在接触状态改变初期塑性应变在切向摩擦力作用下进一步的增大;最大Von Mises应力在接触摩擦滑动过程中分布于亚表层,揭示了材料失效的原因;粗糙表面初始接触时微凸峰相对于接触表面发生相对滑动,随着外载的增大才处于粘结接触状态;不同工况条件下的粗糙实体的振动规律大致相同,滑动阶段中粗糙实体温度越高,载荷越大,振动幅值越小,即滑动状态越平稳。
  本文通过有限元方法研究微观高温粗糙接触滑动摩擦作用机理,所得结论可为高温热成形工艺的优化提供一定的理论指导。
[硕士论文] 秦利民
机械电子工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:镁合金优点众多,具有广阔的应用前景,但其常温状态下塑性较差难以实现加工制造,因此常采用热冲压成形工艺来提高镁合金的塑性变形能力,然而在热冲压成形过程中成形力较大且需要对板料进行加热,是高耗能的制造过程,与当前制造业节能减排的迫切需求背道而驰。因此本文针对镁合金冲压加工过程中高耗能的问题展开了研究,以实现满足成形质量的同时降低冲压工艺能量消耗。
  首先,为实现满足成形质量的同时降低工艺能耗的目的,本文提出冲压工艺节能优化方法,综合考虑成形质量及工艺能耗,确立包含变形能耗及加热能耗的工艺能耗指标,依据板料在变形过程中应力应变的特征,将变形能耗分为内部拉伸压缩变形能耗、摩擦能耗、以及弯曲能耗三部分分别计算;确立了以最大增厚率与最大减薄率为成形件的成形质量评价指标;同时包含优化变量的确立及实验设计方法、实验处理与优化求解方法以及最终对优化结果进行实验验证方法。
  研究了温度与应变速率均不相同情况下的ZK60镁合金在塑性变形过程中的力学特性,并建立了热变形条件下ZK60镁合金的本构方程;基于ABAQUS有限元数值模拟软件,以筒形件为例建立了热冲压成形数值分析方法,为理论计算工艺能耗以及数值模拟分析获得成形质量指标提供依据。
  将所提出的冲压成形节能优化方法应用于ZK60镁合金的热冲压工艺优化过程中,确定优化变量即各工艺参数的取值范围,以压边力、冲压速度、成形温度为工艺参数自变量,以最大减薄率、最大增厚率、工艺能耗为ZK60镁合金冲压工艺节能优化评价指标,选取L16(43)正交表建立正交试验方案进行了数值模拟实验,从而获得了成形质量评价指标的数据,同时通过理论计算获得工艺能耗数据。基于二阶响应面模型,采用最小二乘法确立了工艺参数与优化目标量的映射函数,基于统计学分析表明所建立函数模型均为显著模型;通过Matlab软件,基于NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化获得Pareto前沿并给出推荐方案;设计ZK60镁合金筒形件热冲压实验进行验证,结果均显示误差较小,符合精度要求。
[硕士论文] 陈胜
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:中国制造2025将高端数控机床列为重点发展对象,闸式剪板机作为一种家电、汽车、船舶、电子领域广泛应用的钣金加工设备,目前多停留在粗放式、低端化的设计制造阶段,产品的升级换代刻不容缓。本文面向闸式剪板机及其系统的精度设计,基于6×3200型剪板机,从结构和控制、误差建模、钣金自动生产线、智能监测系统四个方面出发,研究了全面提升闸式剪板机及其系统加工精度的关键技术。
  通过分析国内外主要剪板机产品的性能与应用,结合剪板机的设计、剪切机理的研究和中国制造2025的时代背景,提出了剪板机未来高端化的发展方向。以6×3200型剪板机为基础,优化了闸式剪板机的结构、液压、控制系统方案,同时进行了剪切模拟仿真以及模态分析,提升了剪板机的单机加工精度。基于多体系统理论,描述了闸式剪板机的拓扑结构和低序体阵列,在考虑几何和安装误差的情况下,建立了剪板机的误差模型,进行了敏感性分析,从理论层面弥补了剪板机大量依靠经验设计的不足。针对手工上下料的弊端,提出了一种以闸式剪板机为基础的面向大尺寸薄板加工的钣金自动加工线方案,提升了剪板系统的高效性和精密性。在考虑影响剪切精度的众多因素情况下,组建了机床运行状态的有线+无线的监测网络,对剪板机机架喉口应变、液压缸温度、刀架振动进行在线检测,并利用云服务器构建产品的状态数据库,实现远程和现场的双重监控。
[硕士论文] 周倩
材料工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:3D打印是由产品的三维CAD模型数据直接驱动,组装(堆积)材料单元而制造出任意复杂且具有使用功能的零件的技术。3D打印技术是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状的先进制造技术。“3D打印”是通俗叫法,“3D打印”在工业领域被称为“快速成型”,后来业内形成统一叫法即“增材制造”。根据构建技术的不同,3D打印技术的主要技术方法包括了光聚和、粉末床融化、粘结剂喷射、材料挤出、层压等。由于熔融沉积(FDM)技术不用激光器,设备的运营维护成本低,且所用的原材料多为PLA、ABS等生产用工程塑料,成本较低,因此,熔融沉积(FDM)技术成为3D打印技术的一个重要发展方向。
  本文以熔融沉积(FDM)工艺为研究对象,对3D打印中的各项误差和各影响因素进行分析,通过实验和仿真方法,对FDM熔融沉积成型3D打印工艺进行研究,从而提高制件的精度和力学性能。
  分析确定了影响FDM模型力学性能的主要因素,采用正交实验法对各影响因素及其水平进行了设计,分别采用ABS和PLA材料进行了力学性能测试试样的FDM打印成型,并进行了拉伸实验,获得了各种工艺条件下FDM成型试样的应力应变曲线。以拉伸实验获得的抗拉强度代表力学性能指标,对影响FDM模型力学性能的主要因素进行了正交实验分析,获得了挤出轨迹、打印方向、打印温度、分层厚度、打印速度、挤出流量等因素对ABS、PLA两种材料的FDM模型抗拉强度的影响规律。
  与其他3D打印工艺一样,FDM成型也因离散化叠层制造会与CAD模型之间产生误差,同时层间堆积的台阶痕也影响制件的表面质量。本文分析计算了圆弧表面与倾斜表面两种基本情况下切片所产生的模型精度误差,分析确定了影响FDM模型表面质量的因素,并设计了能够反映倾斜面、圆弧表面等对模型表面台阶痕影响的试样,研究分层厚度、填充密度、壁厚/底层/顶层厚度等因素对表面质量的影响,给出了不同工艺条件下可以不加支撑的最小角度以及最小支撑角随分层厚度、填充密度、壁厚的变化规律。
  建立了熔融沉积成型温度场的有限元分析模型,并进行了FDM成型过程的数值模拟,得出了各点温度随时间的变化、温度梯度及环境温度、扫描速度对温度场的影响规律。
  本文选用了CURA切片软件,以有曲面的遥控器模型为研究对象。之前的常规打印中,台阶效应明显,利用本文对力学性能和表面质量的研究,选择了最优的打印速度、温度、层厚等,得到的遥控器模型比之前没有优化的表面质量效果显著。最后还进行了喷漆的后处理,使模型外观达到了使用标准。
  提高3D打印模型表面质量及其性能最经济合理的方法就是特定的设备软件和硬件情况下,对于给定的3D打印系统,优化其工艺过程的控制参数。本文的实验研究结果及仿真模拟结果,对提高熔融沉积成型表面质量及其成型件力学性能提供了重要参考。
[硕士论文] 张茂波
材料工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:模具是制造业十分重要的工艺装备,随着信息化、智能化、高性能制造业的发展对模具的各项性能提出了更高的要求。热作模具钢是目前国内外模具行业广泛应用的材料之一,由于其在高温状态下承受强烈的摩擦力和冲击力,因此对材料提出了具有较高的韧性,抗热疲劳性及耐磨性等要求。
  3Cr2W8V热作模具钢是一种用作生产汽车进、排气门的专用模具材料,本文通过采用不同的形变方式(冷压缩、热压缩、冷锤锻和热冲击)对热作模具表面进行适量变形,以造成表面组织内的亚结构等,然后进行N-C共渗热处理,从表层硬度、渗层硬度梯度、试块尺寸变化、渗层厚度、表面渗层组织及断口等方面进行分析,探讨形变软氮化对模具钢3Cr2W8V性能、组织的影响。
  通过对失效模具的应力、裂纹、组织和硬度等方面进行分析,得出模具失效的主要原因,改善模具钢的组织、性能,确定热处理工艺及延长模具使用寿命等提供帮助。
  通过试验研究了不同形变方式及变形量对试样尺寸、渗层深度、表层硬度、渗层硬度梯度的影响,结果表明冷变形在一定的变形范围(4.87%~10.52%)内,渗层硬度梯度分布较合理,次表层与基体硬度梯度过渡比较平缓,次表层与基体的结合力比较理想,渗层表面有较高的硬度值,渗后尺寸变化不大,而且渗层的深度受变形量的影响也不大。热变形的试样,所选变形量(0.12%~12.39%)范围内,渗层与基体硬度梯度过渡均相对平缓,硬度分布均比较合理。
  3Cr2W8V钢软氮化后出现白亮层,有网状或脉状氮化物的存在。当变形量<1%时,白亮层宽,存在更加细小的网状氮化物。当变形量为4.87~10.52%时,白亮层变窄、脉状氮化物细长,仍存在网状氮化物。当变形量为13.56~37.5%时,窄的白亮层,少量脉状氮化物细短,有网状氮化物。热变形试样随变形量的增大,白亮薄且连续,脉状氮化物更短且少,回火马氏体组织不明显。未变形试样的组织中有大量分散的孔洞,冷压缩的试样内部孔洞集中,而热变形的试样孔洞少且均匀,说明热变形得到白亮层的韧、塑性好。未变形冲击断口表现出明显脆性,冷、热压缩变形都比未变形的试样塑性有所改善,热变形断口上有明显的韧窝出现,冷变形断口上也有,但不如热变的明显。
[硕士论文] 张金
信号与信息处理 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:随着智能制造和智慧工厂的实施与推广,制造业的设备监控越来越受到重视,智能化设备监控已成为当今工业监控的发展趋势。结合有色金属材料加工企业40MN挤压机组监控项目,研究了基于信息融合的挤压机状态监控系统,以提高挤压机的可靠性和挤压生产工作效率。
  针对锆合金材的挤压机生产工艺以及设备特点,分析挤压机生产过程设备故障的因素,确定挤压机生产过程设备状态监控的需求,提出挤压机状态实时监控系统方案。系统硬件上,由状态监控采集、传输和监控三个子系统构成,并采用传感器、交换机和无线网关等主要设备及相关辅助设备搭建系统监控网络。系统软件上,对状态监控系统软件功能进行研究,采用KingSCADA、SQL Server2005开发了系统应用软件,设计了挤压机生产过程数据、设备状态参数分析与报警等子程序。建立了挤压机状态信息融合模型,采用D-S证据理论信息融合算法进行挤压机状态故障预警,并对挤压机状态预警模型和算法程序进行设计与仿真分析。
  系统运行表明,基于信息融合的挤压机状态监控系统运行效果良好,充分满足挤压机状态监控对可靠性的需求,实现挤压机设备状态实时监控与预警,提高了挤压机的设备利用率和挤压生产效率,在有色金属材料加工生产中具有一定的应用价值。
[硕士论文] 魏本柱
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:水压组合阀是水压传动技术研究的重要领域,也是水压系统重要原件之一。论文所研究的水压组合阀由先导溢流阀和安全阀组合而成,与传统的单功能阀相比,该阀具有稳压和安全的综合性能。水液压系统回路采用双功能的水压组合阀,一定程度上简化水压系统回路,在实现安全环保的同时,实现水压系统的安装、检查以及维修等更加的便捷。
  根据水压组合阀设计要求,针对水压元件研究中面临的气蚀、腐蚀、磨损、振动等常见技术问题,对水压组合阀的结构以及动态性能进行了仿真分析研究,其过程及结论如下:
  1.根据水压元件的设计原则,确定水压组合阀主要结构参数。同时对阀的材料进行选择:阀体材料选用铁素体不锈钢,阀座采用聚四氟乙烯材料,阀芯采用不锈钢材料。
  2.对主阀芯尾椎部分采用表面微造型设计,通过对圆柱、锥形、球冠三种不同形状微造型的压力以及气相体积分数的对比研究,结果表明圆柱形微造型性能最优。同时对不同微造型的加工方法进行研究对比,论文中圆柱形微造型选用激光加工方法。
  3.利用CAD软件建立主阀芯不同锥角二级节流的二维模型,利用GAMBIT划分网格,在FLUENT软件中对不同模型的主阀芯过流特性进行分析比较。研究结果:一级阀芯锥角30°,二级阀芯锥角45°,并在二级阀芯处采用60°的直线过渡,过渡直线长度为3mm,同时采用半径3mm的圆弧过渡。
  4.利用AMESIM软件仿真分析水压组合阀中不同参数的主阀阻尼孔、先导阀阻尼孔以及主阀弹簧的刚度对阀动态性能影响。研究结果为主阀阻尼孔直径d=1mm,先导阀阻尼孔直径d0=2mm,主阀弹簧刚度小于20.5KN/m时,不同刚度对水压组合阀性能影响较小,以取值20.5KN/m时较优,当主阀弹簧刚度取值大于20.5KN/m时,会出现阀口流量不稳定现象。
[博士论文] 沈宗宝
机械电子工程 江苏大学 2017(学位年度)
摘要:激光动态微成形是一种新颖的高速微成形工艺。高速微成形不仅可以解决传统准静态微成形工艺中的一些难题,而且可以提高微成形能力,所以激光动态微成形已成为当前微成形领域的研究热点。本文在剖析国内外有关激光动态微成形技术研究的基础上,为改善激光冲击波加载特性提高微成形性能,提出了激光动态柔性微成形技术。本文针对激光冲击软膜加载特性及工件在软膜动态加载下的成形规律开展了一系列基础研究,主要工作有以下几个方面:
  探索了软膜对激光冲击波压力空间分布的均化机理。设计了软膜均化激光冲击波压力的对比实验,利用橡皮泥的形变来表征冲击波的空间压力分布,最终实验表明软膜可以有效地均化冲击波的空间压力分布。设计了软膜对于成形能力影响的对比实验,实验结果表明软膜可以吸收一部分冲击波能量,使得冲击波赋予工件的成形速度低于临界成形速度,避免了过早出现断裂,从而可以保证塑性成形的正常进行,提高激光动态微成形能力。
  构建了微成形系统,研究了工艺参数对微成形的影响。用光学显微镜测量了不同激光能量下的微成形工件,用扫描电镜表征了失效工件的断口形貌。通过研究发现,当激光能量较低时工件具有良好的成形质量,当激光能量较大时工件产生了动态断裂,且断面有明显的氧化与融化现象,表明工件在失效之前产生了较大的塑性应变。研究发现当激光冲击次数达到一定阈值时,模具的表面会产生一些微缺陷。利用激光冲击靶材实验研究了冲击波对模具表面的退化机理,为微模具寿命周期的预测提供了指导。
  利用TEM技术对工件断裂前后的微观组织进行了分析,归纳出工件可能经历的四个阶段:(1)最初的冲击加载阶段:产生了高密度的位错;(2)弯曲变形阶段:在冲击压缩形变下产生了动态再结晶,生成了纳米晶;(3)拉伸变形阶段:为了在这纳米晶区域产生高应变,晶界滑动(GBS)成为主要的变形模式,空洞很容易在拉伸状态下产生;(4)断裂阶段:随着拉伸变形的继续,温升导致的晶粒长大现象会降低材料的流动性能,同时局部的高拉伸应力会使空洞逐渐长大然后合并成裂纹,从而形成最终的剪切断裂。工件绝热剪切失效机理的揭示可更好地指导微成形工艺的设计。
  研究了金属薄板与微模具之间的高速碰撞行为对工件表面状态以及成形精度的影响。针对模具成形中微成形件存在的反弹问题,对激光冲击软膜加载方式进行了改进,改进之处在于在软膜和工件之间增加一层橡皮泥,相当于间接增大了工件的刚度,同时橡皮泥可以吸收碰撞产出的冲击波能量。实验结果表明橡皮泥层的添加虽然会吸收一部分成形能量,但是可以有效抑制反弹,从而提高工件的成形精度。利用纳米压痕测试系统,选取了断裂和未断裂两种典型成形工件作为测试对象,表征了软膜动态加载对零件机械性能的影响。研究发现,成形区域的弹性模量和纳米硬度相对于原材都增大了。特别是当工件未断裂时,在模具入口圆角处,其弹性模量和纳米硬度大幅提高。
  通过数值模拟研究了工件的动态响应,分为三类:胀形成形,拉伸分裂和剪切断裂,这三类不同的动态响应对应于实验中观察到的三种不同成形结果。从温度场和应力场这两方面表征了绝热剪切带的演变过程,在一定程度上弥补了实验研究绝热剪切带的演变过程的不足。研究了模具表面的微缺陷对工件表面质量和成形深度的影响。分析了模具成形中工件的碰撞行为,揭示了工件的反弹变形规律。
  综上所述,本文系统地研究了激光冲击软膜加载的特征,并通过对自由成形和模具成形的实验和数值模拟研究,总结了金属薄板的微成形规律,为激光动态柔性微成形工艺的工程应用奠定了基础。
[硕士论文] 癿建建
材料科学与工程;材料加工工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:单点渐进成形工艺是一种新型的板料柔性成形技术,具有无需或者只需简单支撑模、能提高材料成形性能、可成形复杂形状零件等特点,特别适合小批量、多品种以及快速原型制造,能够满足现代市场对产品个性化生产的需求,因此,该技术具有广阔的发展前景。
  本文选用研究材料为AZ31B镁合金薄板,其在常温下成形性能较差,因此本文将多道次单点渐进成形与热成形相结合,研究多道次单点渐进热成形中各工艺参数对成形质量的影响规律以及确定成形圆筒直壁件的最优工艺参数组合。
  首先,通过查阅文献收集了AZ31B镁合金薄板材在不同温度下的弹性模量、泊松比、厚向异性系数参数,然后进行了AZ31B镁合金薄板的拉伸试验,获得了常温以及150℃,200℃,250℃,300℃下AZ31B镁合金板料的应力应变数据,为后文AZ31B镁合金薄板材多道次单点渐进成形有限元模型的建立作准备。通过拉伸试验发现,常温下AZ31B镁合金流变应力曲线从高到低依次为0°、90°、45°,三个方向的力学性能差别不大,板料呈现出面内各向同性。中高温条件下随着温度升高,AZ31B镁合金各个方向(沿轧制方向0°、90°、45°)试样的流变应力峰值逐渐降低,试样延伸率逐渐增大。
  其次,建立了AZ31B镁合金多道次单点渐进热成形有限模型,发现常规路径设计的成形零件底部出现了凸台现象。针对凸台现象设计了两个成形路径成形策略,经过仿真后发现成形策略二可以很好地解决凸台现象。
  再次,以成形零件厚度均匀性为研究目标,研究了各道次成形深度差,成形零件截面形状,成形道次数,成形温度,成形工具直径,进给速度,压下量对厚度均匀性的影响规律。
  最后,采用正交试验,确定了三道次和四道次条件下各因素对成形零件厚度均匀性影响大小顺序,获得了三道次和四道次条件下的最优工艺因素组合,将三道次和四道次的优化模拟结果以及实际加工零件进行对比后发现,四道次条件下成形零件质量最好,四道次条件下最优工艺组合为:成形温度250℃,进给速度250mm/min,成形工具直径10mm,压下量0.8mm。
[硕士论文] 朱学亮
机械制造及自动化 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:锻造操作机是实现锻造自动化、机械化的重要辅助设备之一,主要用于夹持锻件移动、旋转、升降,配合压机完成一系列工艺动作。夹持装置作为操作机的核心部件主要承担稳定夹持锻件的任务,它的能力直接决定操作机的夹持性能。
  本文以夹持实验装置为载体,进行了一系列实验研究。通过介绍夹持实验装置的原理、结构以及传感器作用,明确了实验研究的意义和可行性。
  确定钳口夹持力是设计夹持机构的前提条件,文中比较分析了三种钳口夹持力计算模型,得出较为合理的模型,明确了钳口夹持力与夹持锻件直径的关系。并用实验方法,从静态角度和动态角度对理论模型予以验证分析。实验结果与理论结果趋势一致,证明理论模型的正确性。
  从夹持锻件的形状入手,讨论夹持轴类锻件和夹持饼类锻件的具体工况,分析夹持机构输出力的特点;目前操作机夹持机构输出力特性能满足夹持轴类锻件的需求,对于夹持饼类锻件能力较弱,通过分析夹持机构夹持饼类锻件所需夹持力的特点,明确夹持机构需恒定输出夹持力的必要性,提出了设计锻造操作机夹持机构的总体思路。
  以夹持机构处于极限位置时传力比相同为核心思想,提出了设计近恒力夹持机构的方法;根据夹持机构的结构因素,确定设计近恒力夹持机构必要的相关参数,并且对操作机夹持机构进行整体分析,解决近恒力夹持机构输出力不足的问题。以夹持实验装置为载体,根据近恒力夹持机构设计方法,确定近恒力夹持机构的参数,进行实验分析。实验测试了原夹持机构和近恒力夹持机构的输出力,证明近恒力夹持机构设计方法的可行性。
  以夹持实验装置为模型,应用有限元分析软件对两套夹持机构进行应力仿真分析,旨在确定夹持机构应力分布规律,为操作机夹持机构的设计提供参考。最后在仿真结果的基础上,实验测试钳口和钳臂关键部位应力,与仿真结果进行对比分析,一方面从实验角度明确夹持机构应力变化规律,同时也验证仿真分析应力方法的正确性,为操作机应力分析提供依据。
[硕士论文] 桑育鑫
机械工程 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:重载锻造操作机作为锻造工业中一个必不可少的设备,其作用不可替代。大型有轨锻造操作机的一个重要功能就是它的行走功能,操作机行走机构组成的合理性以及优劣程度会直接影响到操作机运动的精准性和稳定性。其行走机能的好坏对其工作效率和工件的加工质量都有着很大的影响。如何使大型联动快锻操作机的机械、液压部分质量小,运行机构起动、制动精确平稳,快速响应好,该研究对锻造操作机及重大装备制造业的发展有着重要的意义。
  论文依据现有锻造操作机的三维实体模型,研究了操作机在起动和制动两种工况下大车所受作用力以及动态数据变化。通过分析制动工况下操作机大车行走部的作用力以及相关数据的计算,提出分级降速制动的方案来解决大车行走精度偏大的问题。计算了从最高行驶速度开始制动到停车,所产生的位移以及时间;在保证精度的前提下,降低制动速度,计算出第一次降速的值,即制动初速度。对销齿齿轮强度进行校核计算,以确保销齿齿轮与销轴齿条的强度能够承受大车从最高速度制动时所产生惯性力。分析锻造操作机大车行走部蓄能器,结果表明蓄能器充气压力与工作压力的合理选取对液压系统的影响非常大,依据行走精度要求及相关液压元件的工作压力重新计算并选取合适型号的蓄能器。分析制动工况下管道内液压油所产生的液压冲击对操作机控制精度的影响,结果表明管道中液体的流速会直接影响液压系统内部工作压力的升高,为分级降速的制动方案提供了依据。分析操作机大车行走部的液压控制系统,利用AMESim对锻造操作机大车行走液压系统进行建模仿真分析,在快锻和常锻两种工况下,给定大车多组不同的进给位移信号,输出对应的操作机进给位移的动态特性曲线和速度的动态特性曲线。分析每组位移特性响应曲线的最大超调量、调整时间、峰值时间、上升时间等数据,得知大车行走精度与进给距离以及速度之间的关系。当进给距离增大时,致使大车行驶速度增大,惯量增大,导致进给位移动态特性曲线的最大超调量超过±10mm的范围。必须严格控制大车的进给位移,才可以保证行走精度达到预定要求,才可以实现操作机与主机的联动控制。同时,仿真结果的分析也再一次验证了分级降速制动方案的可行性以及合理性。
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