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三线槽式自补偿液体静压导轨油膜刚度优化设计

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机械工程学报 2024年

作者：陈刚利俞利庆崔海龙刘聪陈开强中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

液体静压导轨是各类精密和超精密机床的核心功能部件，其油膜刚度是影响机床加工精度的关键性能指标。为提升三线槽式自补偿液体静压导轨的支承性能，提出了油膜刚度的准确计算与快速优化设计方法。设计了三线槽式自补偿液体静压滑块及... 详细信息

液体静压导轨是各类精密和超精密机床的核心功能部件，其油膜刚度是影响机床加工精度的关键性能指标。为提升三线槽式自补偿液体静压导轨的支承性能，提出了油膜刚度的准确计算与快速优化设计方法。设计了三线槽式自补偿液体静压滑块及导轨原理样机，基于液压欧姆定律和流量守恒条件建立了油膜刚度的理论模型，并通过数值模拟验证了其准确性。建立了油膜刚度最优化问题的数学模型，然后采用遗传算法对其进行求解，优化后的油膜刚度提高了约31.6%。设计并搭建了三线槽式自补偿液体静压导轨原理样机的油膜刚度测试系统，试验结果进一步验证了油膜刚度理论模型的准确性及优化设计的有效性。本文采用理论建模、数值模拟和试验测试相结合的方法对三线槽式自补偿液体静压导轨的油膜刚度进行了优化设计研究，实现了油膜刚度的准确计算与快速优化设计，为液体静压导轨支承性能的提升奠定了理论基础与技术支撑。

关键词：液体静压导轨自补偿油膜刚度理论建模优化设计

激光选区熔化成形因瓦合金点阵结构参数优化及其性能研究

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激光与光电子学进展 2024年第17期61卷 233-241页

作者：何燚炜陈捷杨琴沈显峰中国工程物理研究院机械制造工艺研究所

因瓦合金点阵结构能够集成低热膨胀系数和低密度的优势，在航空航天领域具有广泛的应用前景。激光选区熔化[SLM，又称激光粉末床熔融（L-PBF）]作为一种应用最为广泛的金属增材制造技术，在成形复杂点阵结构方面具有极大的优势，但是目... 详细信息

因瓦合金点阵结构能够集成低热膨胀系数和低密度的优势，在航空航天领域具有广泛的应用前景。激光选区熔化[SLM，又称激光粉末床熔融（L-PBF）]作为一种应用最为广泛的金属增材制造技术，在成形复杂点阵结构方面具有极大的优势，但是目前对SLM成形因瓦合金点阵结构的性能影响规律的认识还不够深入。采用三因子三水平设计正交试验来优化SLM成形因瓦合金工艺参数，并以抗拉强度和屈服强度为指标，提出了激光功率为280 W、激光扫描速率为1000 mm/s、扫描间距为0.12 mm的较优参数，此参数下成形试样屈服强度为340 MPa、抗拉强度为419 MPa。在优化参数基础上，探究了扫描速率对SLM成形因瓦合金点阵结构几何性能和力学性能的影响，发现激光功率为280 W、激光扫描速率为1000 mm/s、扫描间距为0.12 mm下成形的点阵结构兼具较好的力学性能和几何性能。

关键词：激光技术激光选区熔化激光粉末床熔融因瓦合金点阵结构参数优化

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

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添加铜中间层的钨真空扩散焊接研究

材料导报 2024年第13期38卷 178-184页

作者：廖路张勇斌李鹏中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁大连116024

钨具备优良的物理化学特性,使其在国防军工等领域被广泛应用,但是普通焊接方式难以实现钨的可靠连接,限制了钨的应用。针对难熔金属钨高性能焊接制造的迫切需求,本工作采用铜箔作为中间过渡层,开展了W-W真空扩散焊接实验研究,详细研究... 详细信息

钨具备优良的物理化学特性,使其在国防军工等领域被广泛应用,但是普通焊接方式难以实现钨的可靠连接,限制了钨的应用。针对难熔金属钨高性能焊接制造的迫切需求,本工作采用铜箔作为中间过渡层,开展了W-W真空扩散焊接实验研究,详细研究了中间层厚度及轴向加载压力对接头力学性能的影响。利用电子万能试验机测试接头的剪切强度,并采用扫描电子显微镜、电子探针X射线显微分析仪分析观察扩散焊接头界面的微观组织、元素分布和断口形貌。结果表明:加入铜中间层可以实现W金属的可靠连接,增加中间层厚度可以使得W/Cu/W的结合界面接触更充分,更利于元素相互扩散,进而有利于提高接头的结合强度。

关键词：中间层钨真空扩散焊接元素扩散

粘-惯性耦合节流静压气浮轴承微振动特性研究

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制造技术与机床 2024年第2期 24-30页

作者：杨光伟孙沐邦俞利庆中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900

小孔节流气浮轴承因结构简单、刚度较高等优点在超精密加工中获得了广泛的应用。然而由于小孔节流气浮轴承存在微振动,限制了超精密加工表面粗糙度的进一步提升。为了抑制小孔节流气浮轴微振动,文章提出了一种新型粘-惯性耦合节流气浮轴... 详细信息

小孔节流气浮轴承因结构简单、刚度较高等优点在超精密加工中获得了广泛的应用。然而由于小孔节流气浮轴承存在微振动,限制了超精密加工表面粗糙度的进一步提升。为了抑制小孔节流气浮轴微振动,文章提出了一种新型粘-惯性耦合节流气浮轴承,通过数值模拟的方法研究了新型节流器的结构参数对气浮轴承微振动特性的影响,在此基础上开发了试验平台对新型气浮轴承振动特性进行测试。研究结果表明,粘-惯性耦合节流气浮轴承均压腔内压力波动低于小孔节流,可以减小气浮轴承微振动;同时,增大渗透率和节流孔直径、降低均压腔高度均能减小粘惯性耦合节流气浮轴承微振动。

关键词：气体静压轴承涡旋粘-惯性耦合节流

单胞构型和结构参数对SLM成形梯度点阵结构压缩性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1021-1031页

作者：张博王国伟孙明艳秦煜沈显峰王超黄姝珂方辉中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900 四川大学机械工程学院四川成都610065

梯度点阵结构由于压缩时具有优秀的吸能能力,目前常作为吸能组件被应用于航天、国防和医疗等领域。但随着现代工业的发展,工程领域对其压缩性能提出了更高的要求,为使其进一步优化,有必要探讨单胞构型、结构参数和压缩性能之间的关系。... 详细信息

梯度点阵结构由于压缩时具有优秀的吸能能力,目前常作为吸能组件被应用于航天、国防和医疗等领域。但随着现代工业的发展,工程领域对其压缩性能提出了更高的要求,为使其进一步优化,有必要探讨单胞构型、结构参数和压缩性能之间的关系。因此本研究通过选区激光熔化(selective laser melting,SLM)成形了2种梯度差的AlSi10Mg变杆径梯度体心立方(body-centered cubic,bcc)和金刚石(diamond,Diam)结构,结合有限元分析(finite element analysis,FEA)研究梯度差对压缩性能的影响,并对2种单胞构型进行对比。准静态单轴压缩实验的结果表明,在同相对密度下,当单胞构型相同时,随着梯度差的增加单位体积吸能量明显增加,而梯度差相同时,Diam梯度点阵结构的压缩模量、屈服强度、抗压强度和最大峰值应力均高于bcc,同时其单位体积吸能量和吸能效率也高于bcc。

关键词：选区激光熔化梯度点阵结构压缩性能有限元分析

新型SSRMS构型可重构空间机械臂的运动学奇异性分析

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机械工程学报 2024年第5期60卷 19-35页

作者：赵智远杨晓航徐梓淳李云涛汤家文赵京东哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所绵阳621999

大型化、多样化和高精度化的在轨建造任务日趋增多,对舱外作业空间机械臂的能力提出了新的需求。传统SSRMS构型空间机械臂虽然被广泛地应用于在轨服务,但是其具有针对于特定任务设计的结构特点,限制了单个机械臂执行不同种类任务的能力... 详细信息

大型化、多样化和高精度化的在轨建造任务日趋增多,对舱外作业空间机械臂的能力提出了新的需求。传统SSRMS构型空间机械臂虽然被广泛地应用于在轨服务,但是其具有针对于特定任务设计的结构特点,限制了单个机械臂执行不同种类任务的能力,难以适应未来在轨任务复杂化发展的应用需求。为此,提出了一种新型的具有两个被动式伸缩臂杆的SSRMS构型可重构空间机械臂,并对其运动学奇异性进行了深入分析。首先,通过介绍新型机械臂的结构特点及可重构原理,总结了此类机械臂的工作性能优点,证明了其具备在未来的复杂在轨任务中扮演重要角色的潜力。然后,建立了新型机械臂分别在自由空间操作和重构操作时的微分运动学方程,通过对微分逆运动学方程的分析确定出了包含运动学奇异条件的雅可比矩阵。接着,提出了一种简单可靠的运动学奇异性分析方法,在雅可比矩阵中求解得到了新型机械臂的全部运动学奇异条件。最后,以新型机械臂为例进行了实验验证,结果表明:奇异条件不仅能够正确的确定出新型机械臂的奇异位形,而且在机械臂执行操作任务时可作为先验条件指导机械臂的避奇异运动控制,为操作任务的可靠执行提供了有力保障。

关键词：空间机械臂可重构机械臂被动式伸缩臂杆微分运动学奇异性分析

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KDP晶体微塑性域增强金刚石切削方法研究

机械设计与制造 2024年第2期396卷 116-118,124页

作者：李兆中岳晓斌阳红中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900

针对KDP在SPDT切削过程中容易产生凹坑、划痕、裂纹等表面缺陷问题,提出利用热激励的方式增大KDP晶体塑性切削域深度,降低各向异性、机床运动误差、环境振动等因素对加工过程的影响,进而提高SPDT切削加工过程稳定性的方法。通过纳米压... 详细信息

针对KDP在SPDT切削过程中容易产生凹坑、划痕、裂纹等表面缺陷问题,提出利用热激励的方式增大KDP晶体塑性切削域深度,降低各向异性、机床运动误差、环境振动等因素对加工过程的影响,进而提高SPDT切削加工过程稳定性的方法。通过纳米压痕试验获得了KDP晶体表面在不同温度状态下的硬度和脆塑性转变深度变化规律,并在SPDT机床上采用金刚石刀具开展了KDP晶体飞切划痕实验,进一步验证了适当提高KDP晶体温度可以增大KDP晶体脆塑性转变临界切削深度。在此基础上,对KDP晶体开展了不同温度状态下的切削实验,实验结果表明在相同工艺参数下,随着温度的升高,表面粗糙度Sa值从3.2nm降低至1.6nm。

关键词： KDP晶体热激励金刚石切削微塑性域

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磁流变抛光用蠕动泵软管失效模式及损伤演变

机械设计与制造 2024年第3期 115-118页

作者：刘思达何建国张建飞张云飞中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900

蠕动泵软管回收系统是磁流变抛光液循环系统中的关键组成部分,直接影响抛光液流量的稳定性。为了保证长时间磁流变抛光的可靠性,这里研究了磁流变抛光用蠕动泵软管失效模式及损伤演变规律。首先,对蠕动泵软管的失效模式进行了分析,建立... 详细信息

蠕动泵软管回收系统是磁流变抛光液循环系统中的关键组成部分,直接影响抛光液流量的稳定性。为了保证长时间磁流变抛光的可靠性,这里研究了磁流变抛光用蠕动泵软管失效模式及损伤演变规律。首先,对蠕动泵软管的失效模式进行了分析,建立了受力模型并仿真计算,获取了软管的易失效位置;然后,通过实验的方法对软管已失效处的截面损伤情况进行观察,分析损伤裂纹的特征,将最大损伤深度作为表征参数,研究其演变规律;最后,根据实验参数,建立了蠕动泵软管的寿命离线预测模型。结果表明:使用常规氧化铈抛光液,在转速为300rpm的条件下,软管的磨损过程有三个阶段:磨合磨损阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。该蠕动泵软管的稳定运行寿命为16h,与实际情况较为符合,模型具有较强的指导意义。

关键词：蠕动泵软管磁流变抛光寿命预测氧化铈抛光液