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碳纤维琴盒热模压成型工艺实验研究及其数值仿真

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碳纤维琴盒热模压成型工艺实验研究及其数值仿真

作者：郭文文上海交通大学

学位级别：硕士

乐器是人类语言和肢体的延长,人类可以通过音乐表达感情、传递信息。琴盒作为收纳、携带、保护以及修复乐器的重要配件,具有抗压防摔,防水防潮等要求。随着艺术领域的逐渐发展,外观要求也越来越受到使用者的关注。碳纤维作为一种高比强... 详细信息

乐器是人类语言和肢体的延长,人类可以通过音乐表达感情、传递信息。琴盒作为收纳、携带、保护以及修复乐器的重要配件,具有抗压防摔,防水防潮等要求。随着艺术领域的逐渐发展,外观要求也越来越受到使用者的关注。碳纤维作为一种高比强度比刚度、轻质易成型的新型材料,研究其力学性能及机理,拓宽其应用范围到民用领域具有重要意义。本文通过实验和有限元计算相结合的方法,深入研究了碳纤维材料成型过程中的力学行为及变形机理。考虑碳纤维琴盒成型材料的特点,研究基于连续介质力学基础上开发的本构模型的适用条件,选择合适的材料本构模型。通过用户子程序编译,与通用型非线性有限元软件对接,为有限元仿真提供合适的材料模型。利用有限元仿真技术模拟碳纤维琴盒热模压成型过程,预估成型中起皱折叠等缺陷的形成原因,并对板料几何形状进行改形设计,在板料外角处采用合理的开角方式,从而达到消除缺陷的目的,为生产实验提供合理的板料几何参数,实现大批量规模化生产。将实验结果与有限元仿真结果相对比,证明了该方法给出的板料几何参数的合理性和可靠性。该方法对类似的方盒类零件有一定的通用性,对碳纤维材料引入箱包类产品领域提供可行性方法,这对拓展碳纤维材料的应用有一定的指导意义。

关键词：琴盒碳纤维模压成型有限元分析成型实验

熔融沉积快速成型技术中扫描填充速度的模拟与实验研究

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制造技术与机床 2016年第10期 17-22页

作者：邱晓云庞学勤范丽荣任翀内蒙古科技大学工程训练中心内蒙古包头014010 内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010

基于熔融沉积快速成型试件在成型后的质量精度问题,主要以扫描填充速度为研究点,通过软件模拟与试件具体的成型实验探究了扫描填充速度大小对试件成型质量的影响。在软件模拟中运用高斯热源模型,攻克了喷头热源处理不恰当和扫描填充速... 详细信息

基于熔融沉积快速成型试件在成型后的质量精度问题,主要以扫描填充速度为研究点,通过软件模拟与试件具体的成型实验探究了扫描填充速度大小对试件成型质量的影响。在软件模拟中运用高斯热源模型,攻克了喷头热源处理不恰当和扫描填充速度难以模拟的难题,研究分析后发现不同扫描填充速度对成型试件的力学性能有影响。在具体成型实验中,通过成型出在不同扫描填充速度下所成型的试件后,再依次进行关于试件数据的测量。模拟结果与成型实验最终表明:在熔融沉积成型制造时选择适当的扫描填充速度可以有效减小成型件的应力和成型后的残余应力,并有助于使成型产品获得较高的质量精度。

关键词：熔融沉积快速成型质量精度扫描填充速度高斯热源模型成型实验

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金属熔融沉积成型系统设计及实验研究

金属熔融沉积成型系统设计及实验研究

作者：秦继昊华中科技大学

学位级别：硕士

直接金属制造技术是一种基于增材制造思想的现代制造技术。现阶段发展较为成熟的直接金属制造技术,如选择性激光烧结、电子束熔化和激光工程化净成型等,其设备昂贵,制造成本高,不利于技术的推广,且难以成型一些性质较为活泼的金属材料... 详细信息

直接金属制造技术是一种基于增材制造思想的现代制造技术。现阶段发展较为成熟的直接金属制造技术,如选择性激光烧结、电子束熔化和激光工程化净成型等,其设备昂贵,制造成本高,不利于技术的推广,且难以成型一些性质较为活泼的金属材料。本文针对这些问题提出了一种金属熔融沉积成型系统,将直接金属制造思想和FDM工艺相结合,旨在降低制造成本,并探索出一种可能实现金属材料直接成型的新的工艺方法,扩大直接金属制造技术的适用材料范围。成型系统以熔点较低的锡合金为实验材料,使用气压驱动金属熔液的挤出。和进丝式的驱动方法相比,这种方案使熔液的沉积过程更加稳定。熔融沉积成型系统由供料系统、运动控制系统、温控系统和气路系统组成,对这些分系统的设计方案和设计原理进行了论述;介绍了系统控制程序的组织结构和能够实现的功能。对储料腔和动作腔在预热时的温度分布规律做出了简要的有限元分析,并结合熔液温度对黏度和表面张力的影响关系以及这两个参数对成型质量的影响确定了储料腔和动作腔的工作温度设定原则。成型实验分为直线实验、形状实验和平面实验。探究了基板运动速度对沉积直线线宽的影响;验证了成型系统在制造简单形状时可以较好地保持其形状精度和尺寸精度;测试了在不同平面扫描方式下系统对平面的成型能力。结合实验结果对成型系统设计的不足进行了总结,并提出了改进的方法。

关键词：金属熔融沉积气压驱动设计原理温度分析成型实验

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微型齿轮模具设计加工与成型实验研究

模具制造 2015年第12期15卷 68-70页

作者：李大帅杨生刘萍萍曾敏南京科技职业学院(原南京化工职业技术学院) 江苏南京210048 昆山嘉华精密工业有限公司江苏昆山215316

基于UG软件进行了成型微型齿轮模具的结构设计以及主要成型零件的加工,最终将装配好的模具安装到小型注塑设备上进行成型实验。实验结果表明,将传统的、宏观的注射成型工艺运用于微型齿轮的注射成型过程是可行的;注射时间,熔融温度以及... 详细信息

基于UG软件进行了成型微型齿轮模具的结构设计以及主要成型零件的加工,最终将装配好的模具安装到小型注塑设备上进行成型实验。实验结果表明,将传统的、宏观的注射成型工艺运用于微型齿轮的注射成型过程是可行的;注射时间,熔融温度以及模具温度对填充效果有着直接影响,当注射时间为3.8s,熔融温度为220℃,模具温度至少大于40℃时方可成型出理想的微型齿轮塑件。

关键词：微注射成型微型齿轮成型实验

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正交试验优选气辅成型工艺参数

合成树脂及塑料 2022年第1期39卷 54-59页

作者：任清海耿铁安阳职业技术学院河南安阳455000 河南工业大学机电工程学院河南郑州450007

为优化气辅成型工艺参数,采用单因素法考察工艺参数对气辅成型质量的影响,以熔体预注射量、熔体温度、模具温度、注气压力、延迟时间、注气时间为因素,气体穿透深度、最大气指幅度为评价指标,采用L_(25)(5^(6))正交试验设计优选气辅成... 详细信息

为优化气辅成型工艺参数,采用单因素法考察工艺参数对气辅成型质量的影响,以熔体预注射量、熔体温度、模具温度、注气压力、延迟时间、注气时间为因素,气体穿透深度、最大气指幅度为评价指标,采用L_(25)(5^(6))正交试验设计优选气辅成型工艺参数为:熔体预注射量85%,熔体温度240℃,模具温度40℃,延迟时间4 s,注气压力3 MPa,注气时间10 s,并进行验证。结果表明:采用优选工艺参数时,气体穿透效果和气辅成型质量良好,可用于气辅成型实际生产。

关键词：气辅成型工艺参数成型实验正交试验

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气辅成型过程中塑料熔体工艺参数的影响

塑料 2022年第2期51卷 118-122页

作者：任清海王艳波耿铁安阳职业技术学院机电工程系河南安阳455000 河南工业大学机电工程学院河南郑州450007

通过气辅成型全三维CAE分析、成型实验和正交试验设计,研究气辅成型过程中塑料熔体工艺参数(熔体温度、熔体预注射量)的影响。结果表明,熔体温度升高,使气体穿透深度降低,气指缺陷更严重,也增加了气辅塑件的内应力和翘曲变形;增加熔体... 详细信息

通过气辅成型全三维CAE分析、成型实验和正交试验设计,研究气辅成型过程中塑料熔体工艺参数(熔体温度、熔体预注射量)的影响。结果表明,熔体温度升高,使气体穿透深度降低,气指缺陷更严重,也增加了气辅塑件的内应力和翘曲变形;增加熔体预注射量,能减轻气指缺陷、增强气辅塑件的组织致密性、提高力学性能、降低翘曲变形,同时减小气体穿透深度。另外,当熔体预注射量低于75%时,会造成充型不足而形成欠料成型失败;100%的熔体预注射量造成气体无法穿透熔体芯部,使气体穿透失败。通过两因素五水平正交试验设计,获得了最优参数组240℃、85%,并进行了CAE分析和成型实验,该参数组下,获得的气体穿透效果和气辅成型质量良好。

关键词：熔体工艺参数气辅成型气体穿透 CAE分析成型实验正交试验设计最优参数组

聚醚醚酮带材连续渐变弯曲-缝合管材成型工艺

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聚醚醚酮带材连续渐变弯曲-缝合管材成型工艺

作者：张金铭燕山大学

学位级别：硕士

本文以聚醚醚酮(Polyetheretherketone,PEEK)带材为研究对象,设计了新型带材连续渐变弯曲-缝合管材成型工艺,利用数值模拟技术验证了工艺可行性及影响成型的主要因素,采用响应面法对型腔结构进行优化,设计了满足在轨制造设备小型化、低... 详细信息

本文以聚醚醚酮(Polyetheretherketone,PEEK)带材为研究对象,设计了新型带材连续渐变弯曲-缝合管材成型工艺,利用数值模拟技术验证了工艺可行性及影响成型的主要因素,采用响应面法对型腔结构进行优化,设计了满足在轨制造设备小型化、低能耗设计要求的成型试验装置,并通过成型工艺实验证了模拟结果准确性及装置设计的合理性,优选出最优成型工艺参数。针对桁架管单元在轨制造需求,提出PEEK带材连续渐变弯曲-缝合管材成型工艺,通过数值模拟技术对带材随型位移、受力分析、缝合焊接以及应力应变等进行分析,验证工艺可行性,探究带材厚度及成型温度对成型工艺的影响规律,结果表明:带材随型能力较好,应力、应变分布均匀,PEEK带材连续渐变弯曲-缝合管材成型工艺具有较高的应用价值。采用数值模拟技术,研究PEEK带材连续渐变弯曲型腔设计参数对纵向应变和送进反力的影响,以提高管件成型质量和减小送进力为目标,通过Box-Behnke设计方法分别归纳设计参数与纵向应变、送进反力的数学模型,借助归纳数学模型和遗传算法开展“纵向应变”和“送进反力”双目标优化,指导PEEK带材连续渐变弯曲型腔设计,结果表明:成型壁厚0.6mm管材的最优设计参数为纵向幅度-10mm、间隙0.85mm、上(内)表面长度62mm。从在轨制造设备小型化的目标出发,开发PEEK带材连续渐变弯曲-缝合管材成型装置,详细设计成型装置的带材连续渐变弯曲-缝合单元、送进及牵引单元、开卷单元以及定型冷却单元。开展系列“PEEK带材连续渐变弯曲-缝合管材”成型工艺实验,验证数值模拟结果准确性和成型装置设计合理性,探究焊接温度和送进速度对管件表面质量、尺寸精度以及焊缝强度的影响规律,建立管材质量评价方法,分析归纳成型最优参数,结果表明:在成型温度180～210℃,焊接温度340℃,送进速度1.5mm/s时,管材的承力性能、表面质量、形状精度最高。开展长度800～1100mm管材成型实验,通过对管材直线度进行分析,揭示工艺及成型装置设计的优越性。

关键词：管材成型工艺有限元模拟设计优化工艺参数优选成型实验

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薄膜电极的3D打印系统研究

薄膜电极的3D打印系统研究

作者：段成成沈阳理工大学

学位级别：硕士

本文通过气动挤出式成型原理,提出一种适用于热电池薄膜正极制备的3D打印技术,并进行设计与实验,旨在制造出更加薄且均匀的热电池薄膜正极,提高材料的利用率以及薄膜的成型精度。本文介绍了挤出式3D打印技术的工艺特点,对整个系统进行... 详细信息

本文通过气动挤出式成型原理,提出一种适用于热电池薄膜正极制备的3D打印技术,并进行设计与实验,旨在制造出更加薄且均匀的热电池薄膜正极,提高材料的利用率以及薄膜的成型精度。本文介绍了挤出式3D打印技术的工艺特点,对整个系统进行设计与搭建,分析打印系统的工作原理及系统组成,包括运动平台、喷头的设计,解决喷头运动和材料挤出的关键性问题。分析打印系统的控制部分,包括步进电机的控制,驱动气压的控制,解读了打印机的控制程序,确定了系统的控制方案。设计打印系统的外壳,对其进行密封性处理,隔绝空气中的水分,以预防打印薄膜电极吸收空气中的水分,提高薄膜电极的电化学性能。使用FLUNT软件仿真材料在针头内的速度以及压力分布,对材料从喷头中挤出的过程进行建模分析,得出材料挤出量的表达式。以FeO为打印材料,研究移动速度、打印高度、驱动气压对打印轨迹的影响,总结出不同口径针头的最佳工艺参数范围,并得出打印高度对打印轨迹的影响比重最大。使用优化后的参数进行平面成型实验,得出该挤出式打印系统打印的薄膜精度高,并且极大地提高了电极材料的利用率,可以应用于热电池薄膜正极的制造。以Ni F和Fe S为实验材料,制成薄膜并组装成热电池,并其进行高温放电。实验显示本文搭建的3D打印系统打印薄膜电极的电化学性能良好,3D打印在热电池薄膜电极制备方面具有重要的意义。

关键词： 3D打印设计与搭建挤出模拟成型实验薄膜电极

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气动式金属3D打印系统的搭建及实验研究

气动式金属3D打印系统的搭建及实验研究

作者：廖道坤武汉大学

学位级别：硕士

金属3D打印制造技术发展至今,已经产生了多种比较成熟和有代表性的技术,包括选择性激光烧结,选择性激光熔化,激光工程净成型,三维堆焊技术等,其中一些技术已经逐步实现了商业化。但是,这些商业化的成型设备在材料使用范围、成型的精度... 详细信息

金属3D打印制造技术发展至今,已经产生了多种比较成熟和有代表性的技术,包括选择性激光烧结,选择性激光熔化,激光工程净成型,三维堆焊技术等,其中一些技术已经逐步实现了商业化。但是,这些商业化的成型设备在材料使用范围、成型的精度和效率以及成本等方面还存在许多问题。为了克服这些问题,本文基于气动式金属熔融挤出沉积成型原理,提出了一种新型的金属3D打印技术,并尝试进行系统搭建和实验研究,旨在降低成本,提高材料的使用范围以及提升零件成型的效率和精度。本文介绍了气动式挤出沉积成型工艺的原理和特点,并且将金属液体从喷嘴的出流过程按照管嘴模型进行了建模分析,得出基于管嘴模型的出流能够保证挤出线条的均匀稳定并且得到了出流流量的表达式,给后续的实验提供了理论指导;分析了喷嘴温度,基板温度,驱动气压以及走线速度等参数对金属液体的出流过程以及沉积成型过程产生的影响。对整个系统进行了整体方案设计和搭建工作;分析了机械系统的各个模块包括运动平台、喷头和基板的功能,并且进行了详细的结构设计,解决了系统运动的实现,材料的挤出以及密封等关键性问题;详细介绍了控制系统部分包括运动控制系统、气压控制系统以及温度控制系统的控制原理,并且进行了相应的设计和搭建工作,解决了运动精密控制,气压精密控制以及温度精密控制等关键性问题。根据所搭建的系统,把Sn99.3Cu0.7焊锡条作为实验材料,研究了驱动气压和喷嘴温度对金属液体出流的影响,并且对基板温度,驱动气压,走线速度和喷嘴温度对金属液体沉积的影响进行了实验,得到了获得最佳线条质量的一组最佳工艺参数为:基板温度为220℃,走线速度为30mm/s,驱动气压为0.08 MPa,喷嘴温度为250℃。通过优化的工艺参数进行了一维和平面成型实验,验证了该系统在线条沉积方面的稳定性和均匀性以及在成型平面方面的可行性,并且得到了成型平面的最佳走线间距为0.07mm。最后,基于平面实验中成型表面的质量缺陷,对该系统提出了一种改进方案,以期提高系统成型的质量和精密性。

关键词：金属3D打印熔融挤出设计与搭建沉积实验成型实验