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精密仪表用铝合金瓷质阳极氧化表面粘接性能研究

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机械工程学报 2023年第12期59卷 236-244页

作者：郭磊刘检华夏焕雄敖晓辉北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学唐山研究院唐山063015

铝合金瓷质阳极氧化工艺是精密仪表制造中的一种特殊且关键的技术应用,但该氧化表面的胶粘连接常常出现脱粘、泄漏等失效问题。为此,通过探究瓷质阳极氧化表面的微纳形貌与润湿性特征以及高低温下的胶接强度与失效模式,并与自然氧化表... 详细信息

铝合金瓷质阳极氧化工艺是精密仪表制造中的一种特殊且关键的技术应用,但该氧化表面的胶粘连接常常出现脱粘、泄漏等失效问题。为此,通过探究瓷质阳极氧化表面的微纳形貌与润湿性特征以及高低温下的胶接强度与失效模式,并与自然氧化表面及磷酸阳极氧化表面进行对比分析,阐明瓷质阳极氧化表面胶接失效的影响机理。结果表明,磷酸阳极氧化虽未在微米尺度上显著改变表面粗糙度,但其纳米级多孔氧化膜结构,可显著提高表面润湿性与界面粘接作用力;而瓷质阳极氧化膜在50 000×的SEM形貌下较为致密、平滑,显示出不利于胶粘剂润湿与吸附的物理特征;在-30~80℃下,温度与氧化方法均对胶接强度影响显著,胶接强度随着温度的升高而降低;磷酸阳极氧化表面的强度最高(36.75~20.54 MPa),其次为自然氧化,最差为瓷质阳极氧化(24.79~17.10 MPa)。热红外与能谱分析表明,瓷质阳极氧化表面的粘附强度低于胶粘剂的内聚强度,失效模式为粘附失效,而磷酸阳极氧化表面的失效模式为胶粘剂的内聚失效。因此,瓷质阳极氧化表面由于氧化膜的致密性,缺少类似磷酸阳极氧化膜的纳米级多孔结构,不利于表面润湿吸附,降低了胶粘剂与基底表面的机械嵌合作用,从而易产生粘接失效。

关键词：精密仪表瓷质阳极氧化磷酸阳极氧化胶接强度失效分析

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基于B样条神经网络的熔铸装药温度场预测

兵工学报 2023年第5期44卷 1339-1349页

作者：陶磊刘检华夏焕雄敖晓辉高丰北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学唐山研究院河北唐山063015

熔铸装药过程中模具内部温度场分布及其变化规律对装药质量具有重要影响。建立基于B样条神经网络的水/油浴熔铸装药工艺瞬态温度场预测模型,通过数值仿真的正交试验,获得不同工艺条件下熔铸装药温度场演变的数据样本;利用B样条神经网络... 详细信息

熔铸装药过程中模具内部温度场分布及其变化规律对装药质量具有重要影响。建立基于B样条神经网络的水/油浴熔铸装药工艺瞬态温度场预测模型,通过数值仿真的正交试验,获得不同工艺条件下熔铸装药温度场演变的数据样本;利用B样条神经网络对数据样本进行训练,得到水/油浴工艺的温控参数与药柱内部温度场之间的关系模型,实现温度场及其凝固前沿演变的快速准确预测。所得成果为熔铸装药的温控参数优化和在线控制提供了高效预测方法,为解决熔铸装药智能化发展中的物理场预测问题提供了方法的借鉴。

关键词：熔铸装药 B样条神经网络水/油浴工艺温度场

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精密装配的内涵、技术体系和发展趋势

机械工程学报 2023年第20期59卷 436-450页

作者：刘检华夏焕雄巩浩刘少丽庄存波敖晓辉北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学唐山研究院唐山063015

随着人类科技不断向极高精度和极端工况发起挑战,高端装备对极致精度与性能的需求日益迫切,传统的以几何量控制为主的装配理论,已无法完全解决高端装备的高精度和高稳定精密装配难题。针对以上问题,首先分析了精密装配的基本特征,综述... 详细信息

随着人类科技不断向极高精度和极端工况发起挑战,高端装备对极致精度与性能的需求日益迫切,传统的以几何量控制为主的装配理论,已无法完全解决高端装备的高精度和高稳定精密装配难题。针对以上问题,首先分析了精密装配的基本特征,综述了精密装配技术的国内外研究现状,在此基础上提出一种介观尺度的精密装配理论与方法,建立精密装配技术体系,提炼精密装配的界面问题、跨尺度问题、不确定性问题等三个基础问题,提出涵盖装配连接技术、装配精度分析、装配性能稳定性分析与调控、装配不确定性分析与优化、装配工艺与装备、装配数字孪生、装配测量与测试等7个方面的精密装配研究体系。最后指出精密装配研究需要从几何、材料、装配、使役等多个维度来分析装配性能形成、演变与调控机理,并给出精密装配的集成化、微/纳化和智能化的未来发展方向。

关键词：精密装配装配精度装配界面介观尺度性能稳定性不确定性

基于凝固前沿演变特征的熔铸装药成型工艺参数智能优化

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兵工学报 2023年

作者：夏焕雄李康高丰刘检华敖晓辉北京理工大学机械与车辆学院北京理工大学唐山研究院

熔铸装药成型过程中药浆凝固前沿的轮廓特征与成型后药柱内的缩孔缩松等缺陷具有显著相关性。为改善熔铸装药成型质量，提出凝固前沿轮廓特征度量指标，探究该指标与药柱缩孔缩松体积和最大孔隙率等缺陷的相关性。通过熔铸装药温度场仿... 详细信息

熔铸装药成型过程中药浆凝固前沿的轮廓特征与成型后药柱内的缩孔缩松等缺陷具有显著相关性。为改善熔铸装药成型质量，提出凝固前沿轮廓特征度量指标，探究该指标与药柱缩孔缩松体积和最大孔隙率等缺陷的相关性。通过熔铸装药温度场仿真数据集训练装药关键工艺参数与药浆二维瞬态温度场的B样条神经网络模型，进而建立工艺参数与指标参数的代理模型，再基于遗传算法以极大化凝固前沿轮廓特征度量指标为目标，对装药关键工艺参数进行优化。研究结果表明，工艺参数组由初始参数P0=[100， 85， 0.25， 0.25， 90， 5， 0.6]T优化至最佳参数P*=[91.725， 94.961， 0.498， 0.151， 100， 6， 0.595]T后，缩孔缩松体积和最大孔隙率等成型质量参数由19.832 mm3和4.71%降至3.129 mm3和0.66%，实现了熔铸装药成型质量的快速预测和优化。新提出的方法为熔铸装药的工艺优化提供了新思路和新策略，为高性能装药的发展贡献了解决方案，对提高生产效率、降低成本以及确保成型质量一致性具有借鉴意义。

关键词：熔铸装药凝固前沿 B样条神经网络遗传算法工艺参数优化

选择性激光熔化工艺的介-微观建模与仿真方法综述

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机械工程学报 2022年第5期58卷 239-257页

作者：敖晓辉刘检华夏焕雄何奇阳任策北京理工大学机械与车辆学院北京100081

选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)工艺是一个复杂的物理化学冶金过程,既涉及宏观零件尺度、介观熔池尺度和微观金相尺度等多尺度问题,又包含相变、流动、传热、传质等多物理场耦合作用。由于采用实验手段在线观测工艺过程... 详细信息

选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)工艺是一个复杂的物理化学冶金过程,既涉及宏观零件尺度、介观熔池尺度和微观金相尺度等多尺度问题,又包含相变、流动、传热、传质等多物理场耦合作用。由于采用实验手段在线观测工艺过程十分困难,并且周期长、成本高,因此高保真的数值模拟方法已成为探究SLM工艺机理、预测工艺成形质量的重要手段。从介观粉末熔池演变和微观凝固组织形成两个方面,详细论述了SLM工艺数值模拟的物理模型与仿真方法的内涵,分析了各个物理模型和仿真方法的特点、优势及其适用范围,并综述了SLM工艺过程介观熔池物理行为和微观组织形貌的数值仿真研究现状。最后,总结了SLM介微观数值模拟方法目前所面临的挑战和发展趋势。

关键词：选择性激光熔化熔池微观组织物理建模仿真方法

基于数字图像相关的粘接界面内聚力模型参数反演识别

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机械设计 2023年第S2期40卷 14-19页

作者：杨弘凡李达夏焕雄刘检华敖晓辉北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学唐山研究院河北唐山063015

胶接装配具有结构简单、质量小、尺寸小、工艺性好等优点,但脱胶破坏等界面失效形式的出现对胶接结构的使用提出了挑战。内聚力模型可以有效表征粘接界面的损伤失效过程,其参数的准确获取对粘接结构的可靠性分析和设计具有重要意义。文... 详细信息

胶接装配具有结构简单、质量小、尺寸小、工艺性好等优点,但脱胶破坏等界面失效形式的出现对胶接结构的使用提出了挑战。内聚力模型可以有效表征粘接界面的损伤失效过程,其参数的准确获取对粘接结构的可靠性分析和设计具有重要意义。文中提出了一种基于数字图像相关技术、有限元模拟计算和智能优化算法相结合的内聚力模型参数反演识别方法。首先,采用数字图像相关技术获取双悬臂梁试件在拉伸断裂过程中的粘接区域位移场;其次,基于双线性内聚力模型,建立双悬臂梁试件拉伸断裂的有限元模型,并仿真获得双悬臂梁试件粘接界面开裂过程的位移场信息;最后,采用人工鱼群优化算法迭代试算双线性内聚力模型参数,直至有限元仿真的位移场与数字图像相关技术获取的位移场之间的误差最小。

关键词：内聚力模型数字图像相关参数反演人工鱼群算法双悬臂梁试验

压力对A380铝合金的铸造组织和力学性能的影响

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工程科学学报 2017年第7期39卷 1020-1026页

作者：于佰水邢书明敖晓辉孙超北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 杭州海康威视数字技术有限公司杭州310051 一汽铸造有限公司有色铸造分公司长春130062

对A380铝合金进行了挤压铸造成型和传统重力铸造成型,并制得试样.采用偏光显微镜、扫描电镜、定量金相分析、拉伸性能测试等手段,研究在不同压力下挤压铸造A380铝合金的铸造组织和力学性能.结果表明:当压力在0~75 MPa范围内时,随着压力... 详细信息

对A380铝合金进行了挤压铸造成型和传统重力铸造成型,并制得试样.采用偏光显微镜、扫描电镜、定量金相分析、拉伸性能测试等手段,研究在不同压力下挤压铸造A380铝合金的铸造组织和力学性能.结果表明:当压力在0~75 MPa范围内时,随着压力的增加,一次枝晶臂尺寸和气孔率得到大幅下降,共晶组织体积分数增加;二次枝晶臂间距减小;针状富铁β-Al_5FeSi相尺寸大幅度减小,同时有部分汉字状α-Al8(Fe,Mn)_3Si_2相生成.当压力在75~100 MPa范围内时,压力继续增加对合金组织细化、第二相形貌改善和力学性能提高的作用不明显.挤压铸造试件与重力铸造试件相比,气孔率减小,显微组织细化,力学性能显著提高.当压力为75 MPa时,挤压铸造A380铝合金的铸态抗拉强度和伸长率分别比重力铸造提高19%和65%.

关键词： A380铝合金挤压铸造微观组织力学性能

挤压铸造零件沿流程方向的成分偏析及组织偏聚

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工程科学学报 2017年第7期39卷 1041-1046页

作者：郭莉军邢书明敖晓辉郭洪钢北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 长城汽车股份有限公司保定071000

采用挤压铸造(液态模锻)工艺制备了A357铝合金螺旋线试件,使用化学成分分析和金相分析方法研究了流程长度对合金成分偏析及组织偏聚的影响.结果表明:在沿流程方向上,流程的开始端和流程末端的Si元素和Mg元素含量大于流程中段的含量.合... 详细信息

采用挤压铸造(液态模锻)工艺制备了A357铝合金螺旋线试件,使用化学成分分析和金相分析方法研究了流程长度对合金成分偏析及组织偏聚的影响.结果表明:在沿流程方向上,流程的开始端和流程末端的Si元素和Mg元素含量大于流程中段的含量.合金的初始α晶粒尺寸随着流程长度的增加先增大后变小.初生固相率随着流程长度的增大呈现波动变化.造成流程成分偏析和组织变化的原因是在挤压铸造凝固阶段中补缩液相的强迫运动.

关键词：挤压铸造流程长度成分偏析组织偏聚

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压力对挤压铸造E级钢低温冲击韧性的影响

材料导报 2020年第6期34卷 138-143页

作者：王婷玥邢书明敖晓辉王营北京交通大学机械与电子控制工程学院

本工作采用挤压铸造工艺制备了不同压力下的E级钢调质态试样,并进行了低温夏比冲击试验和布氏硬度检测,研究了挤压压力对E级钢低温冲击韧性的影响规律,并用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对显微组织和冲击断口进行了观察。研究结果表明... 详细信息

本工作采用挤压铸造工艺制备了不同压力下的E级钢调质态试样,并进行了低温夏比冲击试验和布氏硬度检测,研究了挤压压力对E级钢低温冲击韧性的影响规律,并用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对显微组织和冲击断口进行了观察。研究结果表明,当挤压压力在0~150 MPa范围内,E级钢的40℃低温冲击韧性先增大后减小。在挤压压力为38 MPa时,E级钢低温冲击韧性最佳,比金属型重力铸造E级钢提高65.4%,硬度仅降低了6.17%。进一步提高压力,冲击吸收功呈线性下降,硬度小幅上升。显微组织分析表明,随着挤压压力的提高,E级钢晶粒明显细化,铁素体含量增多,有利于E级钢冲击韧性的提高。另一方面,由于过冷度的提高,E级钢在压力为60 MPa时析出了魏氏组织,导致低温冲击韧性显著下降。断口分析表明,金属型重力铸造E级钢低温冲击断口为准解理形貌,而采用38 MPa挤压铸造的E级钢即使在40℃低温下,断口仍存在大量细密的韧窝,属于韧性断裂。

关键词：挤压铸造压力 E级钢低温冲击韧性显微组织