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基于VMD-SSA-LSTM考虑刀具磨损的数控铣床切削功率预测模型研究

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中国机械工程 2024年第6期35卷 1052-1063页

作者：王秋莲欧桂雄徐雪娇刘锦荣马国红邓红标南昌大学经济管理学院南昌330031 南昌大学先进制造学院南昌330031

传统的切削过程功率获取需要基于复杂的切削功率模型且很少考虑刀具磨损的影响,针对此设计了一种基于变分模态分解(VMD)、麻雀搜索算法(SSA)、长短时记忆(LSTM)神经网络的考虑刀具磨损的数控铣床切削功率预测模型,该模型无需解构数控铣... 详细信息

传统的切削过程功率获取需要基于复杂的切削功率模型且很少考虑刀具磨损的影响,针对此设计了一种基于变分模态分解(VMD)、麻雀搜索算法(SSA)、长短时记忆(LSTM)神经网络的考虑刀具磨损的数控铣床切削功率预测模型,该模型无需解构数控铣床运行过程的能耗机理,基于一次性的历史实验数据即可实现数控铣床切削过程功率的高精度预测。首先,采用人工智能机器视觉技术对刀具磨损图片进行分析处理,获取刀具磨损图像的数字化特征,从而得到刀具最大磨损量;然后,建立基于VMD-SSA-LSTM考虑刀具磨损的数控铣床切削功率预测模型,利用VMD对数控铣床运行数据进行分解,采用SSA算法对LSTM神经网络超参数进行寻优,并将分解出的铣床运行数据分量输入到LSTM神经网络中,接着将每个分量的预测值相加,得到切削功率预测值;最后以面铣加工为例,将所提出的预测模型与BP神经网络、LSTM神经网络和传统模型进行对比分析,验证了所提模型的有效性和优越性。

关键词：切削过程功率刀具磨损麻雀搜索算法长短时记忆神经网络变分模态分解计算机视觉技术

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钙热还原钇渣回收制备铝-钇中间合金的研究

中国稀土学报 2024年第2期42卷 304-314,I0004页

作者：陈燕飞朱政强徐玉友吴世勇赖华生南昌大学先进制造学院江西南昌341000 赣州有色冶金研究所有限公司江西赣州341412

钙热还原渣中一般残留一定量的稀土氟化物和稀土金属,具有较好的回收价值。但针对高丰度、廉价稀土钇渣的湿法回收工艺成本较高,所得产物价值较低,造成了钙热还原钇渣的回收难题。本工作通过设计精密的回收体系,采用火法回收钇渣中残留... 详细信息

钙热还原渣中一般残留一定量的稀土氟化物和稀土金属,具有较好的回收价值。但针对高丰度、廉价稀土钇渣的湿法回收工艺成本较高,所得产物价值较低,造成了钙热还原钇渣的回收难题。本工作通过设计精密的回收体系,采用火法回收钇渣中残留的稀土元素形成稀土金属,并在热还原过程中,促使还原得到的金属Y向金属Al中扩散,从而一步得到Al-Y中间合金。研究结果表明,钙热还原钇渣中残留的YF_(3)达12.51%(质量分数),且钇渣中夹杂了大量小尺寸的稀土金属。相应的回收实验发现,将熔炼温度设为1550℃,金属Ca的添加量为理论值的1.15倍时,钙热还原钇渣中Y元素的回收率达85%,所得到的Al-Y中间合金中形成了大量的Al_(3)Y_(5),Al_(43)Y_(6)W_(4)和Al_(4)Ca析出相。这些结果对于开发稀土冶炼渣的回收方法,促进稀土资源的高效利用具有一定的参考价值。

关键词：稀土钇冶炼渣中间合金析出相

镀铜TiSiC和石墨双相增强铜基复合材料的制备及摩擦学性能研究

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摩擦学学报 2024年

作者：易美荣刘子钲雷锦覃靖国冯柏晨郭烈恩南昌大学先进制造学院

采用电化学镀方法在石墨和钛碳化硅(Ti3SiC2)颗粒表面镀覆铜层以提高其与铜基体的界面结合强度，进一步，通过热压烧结制备了镀铜石墨和镀铜Ti3SiC2单相或双相增强的铜基复合材料，并对复合材料的组织结构、物理力学性能和摩擦学性能进... 详细信息

采用电化学镀方法在石墨和钛碳化硅(Ti3SiC2)颗粒表面镀覆铜层以提高其与铜基体的界面结合强度，进一步，通过热压烧结制备了镀铜石墨和镀铜Ti3SiC2单相或双相增强的铜基复合材料，并对复合材料的组织结构、物理力学性能和摩擦学性能进行研究。研究发现，镀铜石墨单相增强的铜基复合材料具有最低的摩擦系数（0.26），但物理力学性能和耐磨性[1.86×10-6cm3/（N·m）]较差。添加镀铜Ti3SiC2能显著提高铜基复合材料的物理力学性能和耐磨性[0.88×10-6cm3/（N·m）]，但摩擦系数降低程度较小（0.49）。镀铜Ti3SiC2和镀铜石墨双相增强铜基复合材料具有优异的物理力学性能和减摩耐磨性。此外，研究发现：小尺寸石墨（40 μm）使材料的均匀性得到提高，有利于基体中的石墨在摩擦过程中均匀地向摩擦接触面提供润滑介质，从而提高材料的摩擦学性能和物理力学性能。而大尺寸石墨在摩擦过程中，石墨易发生剥落形成三体磨损，从而增加摩擦系数和磨损率。摩擦过程中，Ti3SiC2氧化分解与石墨一起在摩擦表面形成润滑膜从而起到较好的减摩耐磨效果，但当载荷过高时，摩擦表面的润滑膜遭到破坏，磨损加剧。

关键词：摩擦复合材料 Ti SiC 石墨润滑膜

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含Zr镁合金晶粒细化机理与研究进展

金属学报 2024年第2期60卷 129-142页

作者：刘勇曾刚刘洪王煜李建龙南昌大学先进制造学院、江西省轻质高强结构材料重点实验室南昌330031

细晶强化是镁合金的主要强化方式。Zr是镁合金(不含Al、Si等元素)最有效的晶粒细化剂,通常以Mg-Zr中间合金的形式加入。如何调控Zr元素在Mg-Zr中间合金中的存在形态(颗粒Zr与溶质Zr)是实现含Zr镁合金晶粒有效细化的关键。本文综述了镁... 详细信息

细晶强化是镁合金的主要强化方式。Zr是镁合金(不含Al、Si等元素)最有效的晶粒细化剂,通常以Mg-Zr中间合金的形式加入。如何调控Zr元素在Mg-Zr中间合金中的存在形态(颗粒Zr与溶质Zr)是实现含Zr镁合金晶粒有效细化的关键。本文综述了镁合金晶粒细化的理论研究,基于生长抑制理论与异质形核理论,探讨了溶质Zr与颗粒Zr细化镁合金的机理,指出了含Zr镁合金晶粒细化的工程应用瓶颈。从颗粒Zr与溶质Zr2方面综述了镁合金晶粒细化的研究进展,提出了Zr细化镁合金晶粒的协同设计策略。最后,对Zr细化镁合金晶粒的发展趋势进行了展望。

关键词：镁合金晶粒细化生长抑制异质形核 Mg-Zr中间合金

光束倾角对激光深熔焊304不锈钢焊缝力学性能及熔池流动的影响

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焊接学报 2024年第6期45卷 46-52页

作者：肖先锋卢聪周佳威李玉龙付艳恕南昌大学先进制造学院南昌330031

在激光深熔焊接中光束倾角会直接影响匙孔形态,光束倾角对熔池流动也具有一定的影响.采用激光深熔焊接白板试验结合“半三明治”熔池流动直接观测试验,以激光倾角作为变量,研究其对304不锈钢激光深熔焊接焊缝力学性能及熔池流动的影响.... 详细信息

在激光深熔焊接中光束倾角会直接影响匙孔形态,光束倾角对熔池流动也具有一定的影响.采用激光深熔焊接白板试验结合“半三明治”熔池流动直接观测试验,以激光倾角作为变量,研究其对304不锈钢激光深熔焊接焊缝力学性能及熔池流动的影响.结果表明,在焊缝的力学性能上,不同激光倾角对焊缝上、中部的影响差异性较小,对下部的影响较大,焊缝底部拉伸件出现较多气孔缺陷,正激光入射角下的焊缝抗拉强度和断后伸长率小于负激光入射角.正激光入射角下“上小下大”的匙孔形貌使其底部易产生涡流,不利于气泡的排出,且匙孔坍塌频率较负激光入射角大,导致熔池稳定性较差,焊缝气孔缺陷的形成概率呈现为正激光入射角高于负激光入射角态势.

关键词：激光深熔焊接光束倾角熔池流动力学性能

基板预热温度对选区激光熔化AlSi9Mg1ScZr微观组织及力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1075-1085页

作者：张璨王国伟朱京玺王利利沈显峰叶寒王超黄姝珂中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900 南昌大学先进制造学院江西南昌330031

研究了基板预热温度对选区激光熔化(SLM)制备AlSi9Mg1ScZr合金样品微观组织及力学性能的影响,在35、85、135℃3种不同基板预热温度下,制备了SLM样品并分别进行微观组织观察及性能测试。结果表明,基板预热温度设置为135℃时,由于基板预... 详细信息

研究了基板预热温度对选区激光熔化(SLM)制备AlSi9Mg1ScZr合金样品微观组织及力学性能的影响,在35、85、135℃3种不同基板预热温度下,制备了SLM样品并分别进行微观组织观察及性能测试。结果表明,基板预热温度设置为135℃时,由于基板预热温度和激光扫描热输入的共同影响,使合金在打印过程产生了原位时效效应,在保留细小枝晶和Si网格的同时促进了元素从过饱和固溶体中析出。相比基板预热35℃的样品,纳米尺度的Mg2Si相和Si相在α-Al基体及枝晶界析出的数量显著增加,起到了提高强度的作用;但微米尺度富Fe相的析出对塑性产生了负面影响。在基板预热温度设置为135℃时,制备的AlSi9Mg1ScZr合金在0°方向上屈服强度高达360 MPa、抗拉强度高达502 MPa、伸长率为7%;90°方向上屈服强度高达331 MPa、抗拉强度高达511 MPa、伸长率为5.4%。本研究通过提高基板预热温度,在SLM过程中实现了SLM样品的原位时效,改善了SLM制备AlSi9Mg1ScZr合金的微观组织,在不经过后续热处理的情况下,大幅降低了残余应力,得到了超高强度的AlSi9Mg1ScZr合金样品。

关键词：选区激光熔化 AlSi9Mg1ScZr合金基板预热微观组织力学性能

激光熔覆Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层的微观结构与耐腐蚀性能研究

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表面技术 2024年第1期53卷 143-152页

作者：孙勇辉闫洪兰昊黄传兵于守泉孙小明张伟刚中国科学院赣江创新研究院江西赣州341119 中国科学院过程工程研究所北京100190 南昌大学先进制造学院南昌330031

目的解决Cr-Ni系不锈钢在重腐蚀工业环境中本体耐腐蚀性能不足的问题。方法采用激光熔覆技术制备Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪(EDS)和显微硬度计、电化学工作站等技术研究所制备涂层的微观结构、相组成和... 详细信息

目的解决Cr-Ni系不锈钢在重腐蚀工业环境中本体耐腐蚀性能不足的问题。方法采用激光熔覆技术制备Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪(EDS)和显微硬度计、电化学工作站等技术研究所制备涂层的微观结构、相组成和元素分布,分析Al_(2)O_(3)含量对复合涂层形貌、显微硬度和耐腐蚀性能的影响规律。结果复合涂层组织均匀、无明显缺陷,与基体之间存在明显的冶金结合区,沿着该复合涂层深度方向的微观结构依次呈现为胞状晶、定向生长的柱状晶及细小的等轴晶,物相则由均匀分布于复合涂层顶部的Al_(2)O_(3)颗粒和金属间化合物(Fe-Ni、Fe-Ni-Cr固溶体)构成。随着Al_(2)O_(3)含量的增大,复合涂层的显微硬度呈先增大后减小的趋势,腐蚀电位呈先增大后减小的趋势,而失重腐蚀速率和腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势,涂层的耐腐蚀性能呈先增强后减弱的趋势。在Ni-x%Al_(2)O_(3)(x为0、0.15、0.25、0.35,质量分数)复合涂层中,Ni-25%Al_(2)O_(3)复合涂层具有较高的显微硬度和良好的耐腐蚀性能,该涂层的显微硬度达到1026.3HV,腐蚀失重速率为0.15mg/(cm2·h),腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为–326.6m V和38.6μA/cm2。当继续增加Al_(2)O_(3)的含量时,气孔和裂纹等缺陷开始增多,复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能均呈现下降趋势。研究表明,Ni-x%Al_(2)O_(3)(x≤25)复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能的变化由细晶强化、固溶强化和颗粒强化协同作用所致。结论激光熔覆Ni-25%Al_(2)O_(3)复合涂层具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性,可以有效防护Cr-Ni系不锈钢,提高重腐蚀工业环境下机械零件的耐蚀性和使役寿命。

关键词：激光熔覆复合涂层微观结构显微硬度耐腐蚀性能

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冷金属过渡电弧增材制造高强钢过程中温度场的数值模拟

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机械工程材料 2024年第7期48卷 100-107页

作者：贾剑平骆敏李虹钢南昌大学先进制造学院南昌330031

基于冷金属过渡(CMT)高频熄弧的特性,在双椭球热源模型的基础上建立了动态热源模型,采用ABAQUS软件建立了高强钢CMT电弧增材制造单道十层成形件的有限元模型,对成形过程中的温度场进行模拟,并与试验结果进行对比;采用模拟方法研究了层... 详细信息

基于冷金属过渡(CMT)高频熄弧的特性,在双椭球热源模型的基础上建立了动态热源模型,采用ABAQUS软件建立了高强钢CMT电弧增材制造单道十层成形件的有限元模型,对成形过程中的温度场进行模拟,并与试验结果进行对比;采用模拟方法研究了层间冷却时间(30,60,90 s)和基板预热温度(20,200,300℃)对温度场的影响规律。结果表明:模拟得到基板表面距焊道中心20.5 mm处的热循环曲线的变化趋势与试验结果基本一致,波峰和波谷温度的相对误差均在10%以内,证明了模型的准确性。沉积下一层时仅对前一层起到重熔作用;在沉积过程中,熄弧端的峰值温度高于起弧端,而在冷却过程中,两端温度差逐渐降低。随着层间冷却时间的延长,熔池最高温度降低且熔池存在的时间变短,在冷却阶段的冷却速率增大但其增大的程度降低,成形件两端温度差降低,最佳层间冷却时间为90 s;随着基板预热温度的升高,熔池的最高温度和熔池尺寸均增加,最大波谷温度差先减小后增大,在基板预热200℃条件下,成形件的最大波谷温度差最小,温度分布更加均匀。

关键词： CMT电弧增材制造温度场动态热源模型层间冷却时间基板预热温度

冷金属过渡电弧增材制造5183铝合金温度场的数值模拟

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机械工程材料 2024年第1期48卷 106-111页

作者：贾剑平李田雨南昌大学先进制造学院南昌330031

利用有限元分析软件ABAQUS使用生死单元法建立冷金属过渡(CMT)电弧增材制造单道10层5183铝合金模型,模拟分析了增材制造过程中温度场的分布和变化规律,并进行试验验证;采用该模拟方法研究了增材制造路径(单向和交叉路径)、层间冷却时间(... 详细信息

利用有限元分析软件ABAQUS使用生死单元法建立冷金属过渡(CMT)电弧增材制造单道10层5183铝合金模型,模拟分析了增材制造过程中温度场的分布和变化规律,并进行试验验证;采用该模拟方法研究了增材制造路径(单向和交叉路径)、层间冷却时间(20,40,60 s)和焊接速度(400,450,500 mm·min^(-1))对温度场的影响。结果表明:模拟得到在CMT电弧增材制造过程中基板某点的热循环曲线的变化趋势与试验结果基本一致,且峰值温度和波谷温度与试验结果的相对误差均不大于8.93%,验证了模型的准确性。随着堆焊层数的增加,熔池峰值温度升高,熔池区域变大;单向路径增材制造会在试样收弧端产生较严重的热积累,而交叉路径可以减弱热积累效应;层间冷却时间越长,焊道中点的峰值温度越低,且降低幅度随冷却时间的延长而逐渐减弱;焊道的峰值温度和波谷温度随焊接速度的增加而降低。

关键词：电弧增材制造冷金属过渡数值模拟温度场