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铝合金发动机端盖压铸数值模拟与工艺优化

特种铸造及有色合金 2024年第3期44卷 424-427页

作者：卢信学邓益民束学道孙宝寿李光浩宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室宁波315211 宁波博大机械有限公司宁波315211

对铝合金发动机后端盖进行了压铸充型凝固过程数值模拟,对可能产生缩孔、缩松的部位进行预测。分析了充型、凝固过程,对冷却水道进行优化,采用正交试验优化了压铸工艺参数:浇注温度为680℃,压射速度为4 m/s,模具预热温度为220℃。用优... 详细信息

对铝合金发动机后端盖进行了压铸充型凝固过程数值模拟,对可能产生缩孔、缩松的部位进行预测。分析了充型、凝固过程,对冷却水道进行优化,采用正交试验优化了压铸工艺参数:浇注温度为680℃,压射速度为4 m/s,模具预热温度为220℃。用优化后的方案进行压铸生产和检测,结果表明压铸件品质得到显著提高。

关键词：铝合金压铸数值模拟正交试验

激光熔覆熔池动态演化及缺陷工艺调控研究进展

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表面技术 2024年第10期53卷 71-91页

作者：宋宝强门秀花张国昌潘永智李艳蒋振峰付秀丽济南大学机械工程学院济南250022 山东淄博大亚金属科技股份有限公司山东淄博255318

激光熔覆是一种高能束增材修复技术,具有热影响区小、组织性能可控性强、材料选择范围广等系列优势,目前已广泛应用于能源动力等领域关键金属构件的增材制造成形与受损零部件的修复再制造中。激光熔覆是以“激光”为热源的能量沉积技术... 详细信息

激光熔覆是一种高能束增材修复技术,具有热影响区小、组织性能可控性强、材料选择范围广等系列优势,目前已广泛应用于能源动力等领域关键金属构件的增材制造成形与受损零部件的修复再制造中。激光熔覆是以“激光”为热源的能量沉积技术,包括高能激光束冲击、表面熔池熔化快凝及熔覆表面层形成等多种物理、化学过程,其中熔池内金属热流体动力演化行为与熔覆层缺陷及表层组织性能调控密切相关。金属熔池具有“急热骤冷”的凝固特征,其内部对流、传热和传质等行为决定了熔覆层中温度及应力分布状态,是诱导熔覆层内气孔、裂纹等组织内部缺陷形成的关键因素。从激光熔覆过程中熔池内部对流、传热与传质的动态物理特性出发,论述了激光热源的理论模型设计、动态熔池中“流场+温度场+应力场”的多物理场数值模拟等方面的相关研究。在此基础上,分析了激光熔覆层典型缺陷-裂纹和气孔的形成机理及特征,总结了“材料-工艺-熔凝行为-涂层缺陷”的内在关联机制。同时,针对单一工艺方式调控熔池内熔凝过程的局限性,概述了多种复合能量场调控技术对熔覆层内部缺陷的作用机制与调控效果。最后,总结了当前激光熔覆层缺陷动态形成过程中存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。

关键词：激光熔覆热源模型熔池演化熔凝过程缺陷控制复合能场调控

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铝合金后端盖压铸工艺优化及局部挤压设计

铸造 2024年第2期73卷 216-219页

作者：李光浩董超奇卢信学孙宝寿束学道宁波博大机械有限公司浙江宁波315211 宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211

分析了铝合金后端盖铸件结构工艺性,根据压铸工艺经验公式设计了浇注系统。采用Flow-3D软件进行数值模拟,发现后端盖铸件悬置孔区域不能实现金属液顺序充填。根据数值模拟结果修改浇注系统设计并进行实际生产,铸件厚壁区域产生缩孔缺陷... 详细信息

分析了铝合金后端盖铸件结构工艺性,根据压铸工艺经验公式设计了浇注系统。采用Flow-3D软件进行数值模拟,发现后端盖铸件悬置孔区域不能实现金属液顺序充填。根据数值模拟结果修改浇注系统设计并进行实际生产,铸件厚壁区域产生缩孔缺陷。针对厚壁区域设计局部挤压工艺,在其凝固过程中进行挤压补缩,消除了后端盖铸件悬置孔部位缩孔缺陷。

关键词：铝合金压铸后端盖数值模拟工艺优化局部挤压

基于平面扩展和约束优化的激光惯性SLAM方法

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光电工程 2024年第4期51卷 18-28页

作者：胡文学王泽华余成杨奎梁冬泰宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 诠航科技有限公司浙江宁波315100

针对激光SLAM算法在特征匮乏、拐角狭窄的室内场景中定位精度低的问题,提出一种基于平面扩展和约束优化的激光惯性SLAM方法。在激光SLAM中融合IMU,根据IMU状态估计结果对激光点云进行位置补偿并判断关键帧。搭建全局平面地图,基于RANSA... 详细信息

针对激光SLAM算法在特征匮乏、拐角狭窄的室内场景中定位精度低的问题,提出一种基于平面扩展和约束优化的激光惯性SLAM方法。在激光SLAM中融合IMU,根据IMU状态估计结果对激光点云进行位置补偿并判断关键帧。搭建全局平面地图,基于RANSAC算法对关键帧进行平面提取并结合预提取的方法跟踪平面特征以降低时间成本,拟合结果经iPCA优化去除噪声对RANSAC的影响。利用点到面的距离构建平面约束优化方程,并将其与边缘点约束和预积分约束统一融合,建立非线性优化模型,求解得到优化后的平面信息和关键帧位姿。最后为验证算法的有效性,在M2DGR公开数据集和私有数据集上分别进行实验,实验结果表明,本算法在大部分公开数据集上表现良好,特别在私有数据集上,相比于目前广泛应用的faster-lio算法,定位精度提升61.9%,展现出良好的鲁棒性和实时性。

关键词： SLAM 室内场景全局平面地图预提取 iPCA优化平面约束

基于模糊解耦策略的小型注塑机料筒温度F-PI复合控制器

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工程塑料应用 2024年第2期52卷 82-86,108页

作者：张绍坤沈加明傅挺胡燕海宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 宁波华美达机械制造有限公司浙江宁波315803

在塑料产品的生产过程中,注塑机料筒温度的响应速度和稳定性对最终塑料产品的质量具有重要影响。为了提高小型注塑机料筒温度的控制精度,针对料筒具有的惯性大、非线性、大滞后、强耦合等温度特性,在模糊控制不能满足控制要求的背景下,... 详细信息

在塑料产品的生产过程中,注塑机料筒温度的响应速度和稳定性对最终塑料产品的质量具有重要影响。为了提高小型注塑机料筒温度的控制精度,针对料筒具有的惯性大、非线性、大滞后、强耦合等温度特性,在模糊控制不能满足控制要求的背景下,提出了基于相邻加热段之间温差的模糊解耦策略,通过利用相邻加热段之间的温差信息,建立模糊解耦控制器,对各段料筒之间的温度耦合进行解耦控制。实验结果表明,该控制方法效果良好,达到目标温度所用时间为1092 s,最大超调量只有3%,但稳态性能较差。为解决稳态性能较差的问题,在模糊解耦的基础上建立F-PI复合控制器,通过引入积分环节消除系统在稳态下的偏差。在Matlab/Simulink环境下进行仿真并在注塑机上进行验证,结果表明,F-PI复合控制方法不仅具有良好的动态响应,还具有更高的稳态精度,稳态偏差仅为±1℃。因此基于模糊解耦策略的F-PI复合控制方法不仅能对料筒的温度耦合进行解耦控制,还有效提高了系统的稳定性和控制精度,具有良好的鲁棒性。

关键词：注塑机料筒温度控制模糊解耦 F-PI复合控制器稳态性能

基于GA-BP-PSO算法的薄壁注塑件翘曲变形优化

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工程塑料应用 2024年第3期52卷 70-75页

作者：陈忠杭胡燕海沈加明倪德香王舟挺宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 宁波华美达机械制造有限公司浙江宁波315000

以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的塑料瓶胚零件为例,通过Moldflow软件设计浇注系统和冷却系统并进行有限元分析以优化零件的翘曲变形量。选定熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间和注射时间为5个影响因素,设计了L16(45)的正交试验表。... 详细信息

以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的塑料瓶胚零件为例,通过Moldflow软件设计浇注系统和冷却系统并进行有限元分析以优化零件的翘曲变形量。选定熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间和注射时间为5个影响因素,设计了L16(45)的正交试验表。对正交实验数据进行了极差分析,得出了各因素对翘曲变形量的影响程度并获得较优工艺参数。通过GA-BP-PSO算法对工艺参数进一步优化,得到最佳工艺参数:熔体温度265℃、模具温度60℃、保压压力125 MPa、保压时间12.8671 s、注射时间0.3405 s。上述工艺参数对应的零件翘曲变形量为0.1373 mm。最后通过Moldflow软件进行数值模拟,得到翘曲变形量为0.1395 mm,较优化前的翘曲变形量0.1796 mm,降低了22.33%。软件模拟值和经GA-BP-PSO算法得到的预测值仅相差1.60%,将优化后的工艺参数组合应用于实际生产中,所获得的产品符合生产要求,验证了GA-BP-PSO算法的准确性与可行性。

关键词：翘曲变形 Moldflow 正交试验 GA-BP神经网络粒子群算法优化

基于WOA-Stacking集成学习的注塑产品尺寸预测

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工程塑料应用 2024年第6期52卷 135-141,163页

作者：陈忠杭王舟挺沈加明胡燕海倪德香宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 宁波华美达机械制造有限公司浙江宁波315000

在现有的基于机器学习的注塑产品尺寸预测模型中,存在单一模型预测精度不高的问题,为了提高实时监测注塑产品尺寸变化的精度,提出了一种基于鲸鱼优化算法(WOA)优化Stacking集成学习的注塑产品尺寸预测方法。首先,整合注塑过程收集到的数... 详细信息

在现有的基于机器学习的注塑产品尺寸预测模型中,存在单一模型预测精度不高的问题,为了提高实时监测注塑产品尺寸变化的精度,提出了一种基于鲸鱼优化算法(WOA)优化Stacking集成学习的注塑产品尺寸预测方法。首先,整合注塑过程收集到的数据,使用3σ准则进行异常值筛选,再通过随机森林法和互信息法选取关键的特征,作为后续模型的输入特征;其次,在Stacking集成学习框架中,选择K近邻、随机森林和轻量级梯度提升机作为基学习器,选择弹性网络回归作为元学习器,使用WOA优化各个基学习器中的超参数,构建WOA-Stacking集成学习预测模型;最后,将所提的模型应用到注塑产品尺寸预测并与其他模型进行对比分析,以验证本方法的有效性。以第四届工业大数据创新竞赛数据为例,在包含3种集成模型和3种单一模型的对比实验中,选择产品的三维尺寸作为预测目标,实验结果表明WOA-Stacking集成学习模型具有更高的预测精度和拟合能力。

关键词：注塑尺寸预测鲸鱼优化算法 Stacking集成学习特征选择

汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性

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材料导报 2024年第8期38卷 213-221页

作者：左志东刘先斌刘吉波汪小锋陈剑斌宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 宁波展慈新材料科技有限公司浙江宁波315338 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

采用拉伸机、扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜(OM)等研究了汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性与微观组织演变。结果表明,2024-T351铝合金表现出明显的各向异性且应变率对力学性能与微观组织有一定的影响。相同应变率下,0°... 详细信息

采用拉伸机、扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜(OM)等研究了汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性与微观组织演变。结果表明,2024-T351铝合金表现出明显的各向异性且应变率对力学性能与微观组织有一定的影响。相同应变率下,0°方向上的应力最大,45°方向上的应力最小。在0°方向上,合金的抗拉强度随应变率的增加变化相对较小,而屈服强度、延伸率和断面收缩率呈现先增加后保持不变最后持续增加的趋势;在45°和90°方向上,合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率与断面收缩率均随着应变率的提高呈现先增加后保持不变最后持续增加的趋势;90°方向相比于其他两个方向有着更强的应变率敏感性。拟合得到三个方向上的Johnson-Cook本构方程,其可以很好地预测2024-T351铝合金在各个方向上的动态力学行为。所有试样断口表面均有大小不一的韧窝,且应变率越高形成的韧窝就会越大且越深。断后晶粒尺寸与方向和应变率基本无关,但晶粒纵横比受方向和应变率的影响较大。

关键词：铝合金动态力学行为各向异性微观组织 Johnson-Cook本构模型

基于GAPSO优化的注塑机注射速度模糊PID控制器

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计算机工程 2024年

作者：张绍坤沈加明胡燕海傅挺王舟挺宁波华美达机械制造有限公司宁波大学机械工程与力学学院

针对一类伺服电机直接驱动油泵的注塑机液控系统，工业界通常采用PID控制方法进行控制，但控制效果较差，难以达到较高的控制精度，将模糊控制与PID控制结合是一种改进PID控制的方法，由于模糊PID算法参数调试过程中存在操作繁琐、难以... 详细信息

针对一类伺服电机直接驱动油泵的注塑机液控系统，工业界通常采用PID控制方法进行控制，但控制效果较差，难以达到较高的控制精度，将模糊控制与PID控制结合是一种改进PID控制的方法，由于模糊PID算法参数调试过程中存在操作繁琐、难以找到最优参数组合等问题，提出了一种基于遗传粒子群算法(GAPSO)优化的模糊PID控制方法，并对粒子群算法(PSO)进行改进，提出一种惯性因子随S函数变化的改进PSO算法(SDIF-PSO)，在改进粒子群算法的基础上，将改进PSO算法与GA算法相结合，构建基于GAPSO算法优化的模糊PID控制器。利用Matlab/Simulink对注射过程进行仿真，实验结果表明，相比于传统的模糊PID控制器，以及分别采用改进PSO算法和GA算法优化的模糊PID控制器，基于GAPSO优化的模糊PID控制器具有响应速度更快、超调量更小和稳态精度更高等优点。

关键词：伺服电机注塑机注射速度模糊PID 遗传粒子群算法混合优化算法