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微纳织构涂层刀具切削性能研究进展

中国表面工程 2024年第2期37卷 137-160页

作者：田初春蒋宏婉袁森邓静岳熙贵州大学机械工程学院贵阳550025 贵州理工学院机械工程学院贵阳550003

刀具磨损严重、服役寿命短仍然是切削加工所面临的难题。随着现代制造业的发展,钛合金、高温合金等难加工材料在工业中广泛运用。但由于这些材料具有低导热系数、变形系数小等特点,在机械加工中存在切削力和切削温度高、刀具磨损严重等... 详细信息

刀具磨损严重、服役寿命短仍然是切削加工所面临的难题。随着现代制造业的发展,钛合金、高温合金等难加工材料在工业中广泛运用。但由于这些材料具有低导热系数、变形系数小等特点,在机械加工中存在切削力和切削温度高、刀具磨损严重等问题,严重缩短了刀具的服役寿命。通过表面织构技术和表面涂层技术在刀具切削表面置入微纳织构和涂层可以显著改善切削性能;特别是在减小刀具磨损、降低切削力、切削温度以及刀-屑接触界面摩擦因数等方面具有显著效果。系统概述微纳织构涂层刀具的作用机理、切削性能以及应用领域,对微纳织构涂层刀具后续发展有重要推动意义。首先,介绍微纳织构涂层刀具的制备方式。其次,分析总结微纳织构涂层刀具的作用机理,并从抗磨损性、抗粘结性和刀具寿命三个方面总结微纳织构涂层刀具的自身性能。随后,从切削力、切削温度、刀-屑接触处的摩擦因数三个方面总结微纳织构涂层刀具的切削性能。最后对微纳织构涂层刀具在现代制造业中的应用进行阐述。提出在刀具切削表面同时置入微纳织构和涂层的当前研究现状以及未来发展方向,可为进一步研究微纳织构涂层刀具在切削加工中改善切削性能以及加工表面质量与性能提供参考。

关键词：微纳织构涂层刀具作用机理刀具性能切削性能

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低频扭转振动辅助螺旋铣孔切削力模型研究

机械工程学报 2024年第5期60卷 390-402页

作者：冯勇周豪杰周智远贾晓林秦育彦徐伟伟南京工程学院机械工程学院南京211167 常熟理工学院机械工程学院苏州215500

晶须增强钛基复合材料因其高比刚度、比强度等优异性能,被广泛用于航空航天、车辆运输以及新能源等领域;然而,由于材料各向异性,在常规制孔加工中极易产生缺陷,限制了其大量推广和应用。为此,结合低频扭转振动的运动特点和螺旋铣削的加... 详细信息

晶须增强钛基复合材料因其高比刚度、比强度等优异性能,被广泛用于航空航天、车辆运输以及新能源等领域;然而,由于材料各向异性,在常规制孔加工中极易产生缺陷,限制了其大量推广和应用。为此,结合低频扭转振动的运动特点和螺旋铣削的加工特点,提出低频扭转振动辅助螺旋铣孔(低频扭振螺旋铣孔)工艺方法,并进一步推导了其切削力模型;在此基础上,开展了TiBw.TC4复合材料的铣孔实验研究,验证了切削力模型的合理性。仿真分析表明,扭振切向进给与切向每齿进给相同,扭振频率与切削频率同频时,端面合力的平均切削力峰值较常规螺旋铣孔分别下降近13.05%和13.64%。实验研究表明,低频扭振螺旋铣孔有助于减少出/入口毛刺、孔壁划痕、破碎等缺陷,并可有效降低刀具磨损;相较于常规螺旋铣孔,孔壁粗糙度降低36.29%。

关键词： TiBw.TC4复合材料低频扭振螺旋铣孔切削力模型制孔质量

基于改进北部苍鹰算法的垂直斗式提升机减速器优化

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机械强度 2024年第1期46卷 243-248页

作者：刘玲姜全新荆楚理工学院机械工程学院荆门448000

垂直斗式提升机是一种固定装置的机械输送设备,具有输送能力强、提升高度高、运行平稳可靠、寿命长等优点。减速器是垂直斗式提升机的关键部件,为高效获得减速器的最优解,提出一种冲刺决胜策略改进的北部苍鹰优化算法。采用压力容器和... 详细信息

垂直斗式提升机是一种固定装置的机械输送设备,具有输送能力强、提升高度高、运行平稳可靠、寿命长等优点。减速器是垂直斗式提升机的关键部件,为高效获得减速器的最优解,提出一种冲刺决胜策略改进的北部苍鹰优化算法。采用压力容器和悬臂梁两个经典非线性约束工程算例对改进北部苍鹰算法进行性能验证,结果表明,改进北部苍鹰算法具有良好的收敛速度。在此基础上,对垂直斗式提升机减速器进行优化设计,结果减速器的中心距由初始的720 mm减少为680.16 mm,减少了5.33%。说明改进北部苍鹰优化算法可以作为一种高效的优化算法求解实际工程问题。

关键词：北部苍鹰算法冲刺决胜策略垂直斗式提升机减速器优化算法

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基于工业大数据的轴承包状态评估与故障预报

机械设计与研究 2024年第3期 229-233+244页

作者：王德芬杨贺绪张春兰宁夏理工学院机械工程学院

针对粗轧机轴承解体周期长、运行状态处于“信息黑箱”而难以提供准确有效的解体策略、信息提纯困难等问题，创新性的搭建了工业现场测试平台，实时、准确、完整的采集了上/下工作辊轴承在轧制不同板坯时的动态信息。通过对不同道次的... 详细信息

针对粗轧机轴承解体周期长、运行状态处于“信息黑箱”而难以提供准确有效的解体策略、信息提纯困难等问题，创新性的搭建了工业现场测试平台，实时、准确、完整的采集了上/下工作辊轴承在轧制不同板坯时的动态信息。通过对不同道次的加速度信号进行特征域分析，融合轴承力学模型和失效机理，为生产现场提供精准有效的轴承包解体策略。研究表明：通过跟踪测试的三套轴承包加速度信号可以清晰判别轧辊空转、咬钢、稳定轧制和抛钢四个阶段，其中稳定轧制阶段有明显的周期性冲击，利用波形因子、脉冲因子等指标值可以区分不同轴承包运行状态。利用加速度信号，采用频域积分法模拟系统的水平响应特性。除了咬钢和抛钢瞬间，外力也会导致系统产生较大水平响应，其中下辊响应幅值明显大于上辊。研究为粗轧机工作辊轴承的下机保养和故障预知性维修提供精准有效策略。

关键词：工业大数据滚动轴承解体策略状态评估故障预报

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鳗鲡科鱼类变刚度特性对推进性能影响研究

力学学报 2024年第1期56卷 273-284页

作者：张旭尧崔祚尹存宏程安楠贵州大学机械工程学院贵阳550025 贵州理工学院航空航天工程学院贵阳550003

生物学研究表明,波动推进鱼类的鱼体刚度对其推进性能有着重要影响,通过改变鱼体刚度可获得优异的游动特性,但鱼类肌肉驱动模式与鱼体刚度和游动性能的关系尚不清晰.鉴于此,文章以鳗鲡科鱼类作为研究对象,基于黏弹性梁理论和Taylor流体... 详细信息

生物学研究表明,波动推进鱼类的鱼体刚度对其推进性能有着重要影响,通过改变鱼体刚度可获得优异的游动特性,但鱼类肌肉驱动模式与鱼体刚度和游动性能的关系尚不清晰.鉴于此,文章以鳗鲡科鱼类作为研究对象,基于黏弹性梁理论和Taylor流体理论,建立由生物学钙离子肌肉驱动的鳗鲡科鱼类游动模型,研究肌肉驱动和鱼体刚度变化对推进性能的影响.结果表明,肌肉驱动力随刚度增加呈先快速增加后缓慢下降的变化趋势,而随着肌肉驱动力增加,鱼体游动速度随刚度增加而增加并逐渐趋于稳定.当肌肉驱动频率由1 Hz增加到2 Hz时,游动速度和启动加速度可分别提升55%和129%,可见增大鱼体刚度可显著提升推进性能.为了验证上述结论,设计了基于串并联结构的变刚度实验平台,实验表明鱼体的变刚度特性能显著提升推进性能.当舵机驱动频率由1 Hz增加到2 Hz时,通过统一变化弹簧刚度大小推力可提升2.5倍.上述研究结果可为改变鱼体刚度提升游动性能提供参数设计指导,为研制变刚度仿生机器鱼提供理论依据.

关键词：鳗鲡科鱼类肌肉驱动变刚度游动性能

紫外光催化辅助Ga面GaN化学机械抛光试验研究

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表面技术 2024年第6期53卷 157-167页

作者：杨友明周海胡士响夏丽琴任相璞盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051

目的探究在紫外光催化辅助抛光过程中,相关因素对氮化镓晶片Ga面去除率(MRR)及表面粗糙度(Ra)的影响规律,提高单晶氮化镓高效率低损伤的超光滑表面质量。方法通过结合紫外光与化学机械进行抛光,采用单因素试验方案,对GaN晶片的Ga面进行... 详细信息

目的探究在紫外光催化辅助抛光过程中,相关因素对氮化镓晶片Ga面去除率(MRR)及表面粗糙度(Ra)的影响规律,提高单晶氮化镓高效率低损伤的超光滑表面质量。方法通过结合紫外光与化学机械进行抛光,采用单因素试验方案,对GaN晶片的Ga面进行紫外光催化辅助化学机械抛光试验,比较在无光照、光照抛光盘、光照抛光液3种抛光方式和不同TiO_(2)浓度、pH值、H_(2)O_(2)含量、抛光压力、抛光盘转速和抛光液流条件下的抛光效果。最后通过正交试验进行抛光工艺参数优化,通过测量不同条件下紫外光催化辅助化学机械抛光过程中的MRR值和Ra值,探究GaN晶片Ga面抛光效果。结果在紫外光催化辅助抛光条件下,通过对单因素试验和正交试验的抛光参数进行分析和优化,GaN晶片材料去除率可以达到698.864nm/h,通过白光干涉仪观测可以获得表面粗糙度Ra值为0.430nm的亚纳米级超光滑GaN晶体表面。结论基于紫外光催化辅助GaN晶片Ga面化学机械抛光试验,紫外光辅助化学机械的复合抛光方式能够促进GaN表面生成物Ga_(2)O_(3)快速去除,其中光照抛光液方式能够极大地提高抛光效率。紫外光催化辅助Ga面GaN化学机械抛光可以获得高效低损伤的单晶氮化镓抛光加工表面质量。

关键词：氮化镓紫外光催化抛光 MRR 表面粗糙度单因素试验正交试验

C微合金化对Fe-Mn-Cr-Ni中熵合金微观结构和力学性能的影响

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金属热处理 2024年第6期49卷 206-210页

作者：李娜孙书刚杨建春汪淇南通理工学院机械工程学院

采用真空电弧熔炼和铜模吸铸法制备了Fe50Mn25Cr15Ni10和(Fe50Mn25Cr15Ni10)99C1中熵合金，随后将合金进行室温轧制80%,并在900℃进行退火，通过XRD、SEM及EBSD等检测设备研究了C微合金化对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明，Fe5... 详细信息

采用真空电弧熔炼和铜模吸铸法制备了Fe50Mn25Cr15Ni10和(Fe50Mn25Cr15Ni10)99C1中熵合金，随后将合金进行室温轧制80%,并在900℃进行退火，通过XRD、SEM及EBSD等检测设备研究了C微合金化对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明，Fe50Mn25Cr15Ni10和(Fe50Mn25Cr15Ni10)99C1中熵合金为FCC单相结构，添加C元素后，合金的晶粒细化。900℃×10 min退火的合金，在室温下（25℃）的屈服强度和抗拉强度由381、586 MPa提高至535、756 MPa,低温下（-196℃）的屈服强度和抗拉强度由687、1114 MPa提高至980、1352 MPa。随着温度由25℃降至-196℃,(Fe50Mn25Cr15Ni10)99C1中熵合金的强度和塑性同时得到提高，具有较佳的强塑积，主要归因于C元素的添加所引起的细晶强化、固溶强化和位错增殖。

关键词：中熵合金微合金化微观结构力学性能

Gd^(3+)掺杂调控BiFeO_(3)-BaTiO_(3)高温无铅压电陶瓷的结构与性能

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材料工程 2024年第4期52卷 43-53页

作者：唐蓝馨王芳周治李双池左鑫李凌峰杨柳谭启陈渝成都大学机械工程学院成都610106 广东以色列理工学院材料科学与工程系广东汕头515063

用于监测航空发动机、重型燃气轮机等重大技术装备高温部件振动状态的压电加速度传感器,需要一种高居里温度压电陶瓷作为敏感元件,而电子元器件的无铅化是环境保护的迫切要求。采用传统的固相反应法制备一种Gd/Mn共掺杂的BF-BT((0.67BiF... 详细信息

用于监测航空发动机、重型燃气轮机等重大技术装备高温部件振动状态的压电加速度传感器,需要一种高居里温度压电陶瓷作为敏感元件,而电子元器件的无铅化是环境保护的迫切要求。采用传统的固相反应法制备一种Gd/Mn共掺杂的BF-BT((0.67BiFeO_(3)-0.33Ba_(1-x)Gd_(x)TiO_(3))+0.5%(质量分数)MnO_(2),x=0~0.02)高温无铅压电陶瓷,并研究Gd^(3+)掺杂浓度(x)对BF-BT陶瓷的相组成、微观结构、压电性能、介电弛豫行为及交流阻抗特征的影响。结果表明:所有样品均为单一钙钛矿结构,三方相(R)和四方相(T)共存,且T相含量随x增加而增加;适量的Gd^(3+)(x<0.02)固溶进入钙钛矿点阵之中能够促进BF-BT陶瓷晶粒的生长。掺杂Gd^(3+)的样品表现出增强的弛豫相变行为,相变温度(T_m)随x的增加而减小,而介电弛豫程度(ΔT_(relax))随x的增加而增大。采用R-CPE等效电路模型对BF-BT陶瓷的高温复阻抗谱(Cole-Cole图)进行拟合分析,发现样品在高温下的交流阻抗主要来自晶界的贡献。并且随着Gd^(3+)掺杂浓度的提高,样品的介电弛豫激活能不断增大,证实Gd^(3+)取代Ba^(2+)减少了晶格中氧空位浓度的施主掺杂效应。综合来看,x=0.01的样品具有最优的电学性能:T_(C)=425℃,d_(33)=126 pC/N,k_(p)=25.9%,tanδ=0.059,有望作为一种合适的高温压电材料被应用。

关键词： BiFeO_(3)-BaTiO_(3) 高温无铅压电陶瓷离子掺杂介电弛豫交流阻抗

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新型变刚度层合板力学特性及损伤机制

复合材料学报 2024年

作者：曹忠亮丁潇潇江苏理工学院机械工程学院

广泛应用于航空航天、交通运输等领域的复合材料层合板在实际应用中存在着承载能力和稳定性方面的挑战，为解决上述问题，采用自动铺丝可变刚度层合板，并对其力学特性及失效机制进行研究。首先，在线性变角度函数的基础上，提出一种新... 详细信息

广泛应用于航空航天、交通运输等领域的复合材料层合板在实际应用中存在着承载能力和稳定性方面的挑战，为解决上述问题，采用自动铺丝可变刚度层合板，并对其力学特性及失效机制进行研究。首先，在线性变角度函数的基础上，提出一种新型周期线性延拓函数算法，以优化复合材料纤维铺放路径，实现更为详细和精确的纤维轨迹变化。其次，通过Python/Abaqus联合构建新型变刚度层合板有限元模型。最后，分析了定/变刚度层合板三点弯曲下的损伤机制，揭示了不同纤维铺放角对层合板力学特性、应力分布和损伤情况的影响。研究结果表明：三点工况下中心纤维取向角对弯曲性能产生显著影响，0°有利于性能提升，90°则导致性能下降；在中心纤维取向角T0=5°的基础上，采用变角度设计可以有效抑制弯曲损伤进一步扩展，均匀层合板面内应力分布，同时进一步提高弯曲极限应力，最大提升幅度为28.31%。本研究为后续复合材料层合板的抗弯曲设计和优化提供了重要的研究思路和流程，具有一定参考意义。

关键词：复合材料层合板变刚度曲线铺放力学特性损伤机制