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水溶性氧化钙陶瓷型芯的挤出式3D打印参数优化与表面精度控制研究

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机械工程学报 2024年第1期60卷 170-178页

作者：穆英朋刘富初张驰黄捷飞刘鑫韩光超樊自田许峰中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院武汉430074 中国地质大学深圳研究院深圳518057 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 荆门市炬峰机械设备制造有限公司荆门448000

挤出式3D打印成形水溶性氧化钙陶瓷型芯可高质高效成形复杂内腔铸造构件,铸件内腔的残留型芯用水溶解即可快速清理,在复杂内腔构件精密铸造领域具有较大的应用潜力。以针头内径、层高/内径比值、打印速度和内部填充方向四个关键工艺参... 详细信息

挤出式3D打印成形水溶性氧化钙陶瓷型芯可高质高效成形复杂内腔铸造构件,铸件内腔的残留型芯用水溶解即可快速清理,在复杂内腔构件精密铸造领域具有较大的应用潜力。以针头内径、层高/内径比值、打印速度和内部填充方向四个关键工艺参数进行四因素三水平正交试验,通过对不同工艺参数的3D打印成型坯体进行表面粗糙度测量与统计,采用极差分析确定各个打印参数对坯体表面质量影响的主次顺序,并得到挤出式3D打印氧化钙陶瓷型芯的最优打印参数。结果表明,内部填充方向对型芯坯体表面成形质量有显著的影响,当内部填充方向与外轮廓呈45°和90°时,内部填充浆料与外轮廓层有较多的拐点,拐点处的成形方向发生突变,进而造成挤出压力方向发生突变并作用于外轮廓层,外轮廓层变得凹凸不平,层层堆积成形的坯体表面粗糙度较大、表面质量较差。当针头内径为0.41 mm、层高/内径比值为70%、打印速度为20 mm/s、内部填充方向与外轮廓层平行时,坯体表面粗糙度最小,型芯坯体表面质量最好。通过增加外轮廓层数来可以有效地减小甚至消除填充方向对坯体表面粗糙度的影响,当外轮廓增加至两层时型芯坯体表面粗糙度降低了近22%,这对水溶性陶瓷型芯的快速精确成形具有重要意义。

关键词：氧化钙陶瓷型芯挤出式3D打印内部填充方向外轮廓层数

动态数据流驱动的再制造拆解工艺知识图谱构建方法

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 879-892页

作者：江志刚谢彬朱硕张华鄢威代明仁武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学绿色制造工程研究院湖北武汉430081 谷城万利铸造有限公司湖北襄阳441705

高效稳定的再制造拆解是实施规模化再制造的重要前提。然而,废旧零部件的内部结构、损伤特征等存在较大差异,需要对拆解工艺进行频繁调整,从而造成再制造拆解效率低、质量稳定性差,严重制约了再制造规模化效益。为此,提出一种从动态数... 详细信息

高效稳定的再制造拆解是实施规模化再制造的重要前提。然而,废旧零部件的内部结构、损伤特征等存在较大差异,需要对拆解工艺进行频繁调整,从而造成再制造拆解效率低、质量稳定性差,严重制约了再制造规模化效益。为此,提出一种从动态数据流中提取个性化拆解工艺知识的知识图谱构建方法,利用知识的高效更新与重用提升再制造拆解效率与质量。首先,分析再制造拆解工艺数据的动态时序性特点,以拆解工位为数据分析节点,建立动态数据流模型。其次,基于工位数据对拆解工艺知识进行分类,构建包含拆解过程知识、资源知识和特征知识的本体模型,并利用命名实体识别模型(ALBERT-BiLSTM-CRF)和自然语言处理方法自动抽取拆解工艺知识。进而,提出一种动态数据流驱动的图谱更新机制,实现知识图谱对拆解工艺调整的快速响应。最后,以某型号废旧动力电池包拆解为例,验证所提方法的有效性。

关键词：再制造拆解拆解工艺知识图谱图谱更新

Ti6Al4V/NiTi异质功能材料原位梯度增材成形与界面组织演化

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中国激光 2024年

作者：高佳丽汪徐郝云波王志强赵凯上海理工大学机械工程学院上海航天设备制造总厂有限公司

面向航天领域极端复杂工况，Ti6Al4V/NiTi异质功能结构可充分发挥其高比强度、抗腐蚀性等材料性能优势的同时，实现智能变形等功能需求。然而，两种金属过渡界面区具有较高的开裂倾向。本文采用激光熔化同步输送异质合金粉末沉积成形工... 详细信息

面向航天领域极端复杂工况，Ti6Al4V/NiTi异质功能结构可充分发挥其高比强度、抗腐蚀性等材料性能优势的同时，实现智能变形等功能需求。然而，两种金属过渡界面区具有较高的开裂倾向。本文采用激光熔化同步输送异质合金粉末沉积成形工艺，在富氧环境下开展了不同质量分数比例Ti6Al4V/NiTi合金的原位制备研究，在此基础上通过提出等能量密度成形法和基板热管理，实现了组分梯度过渡优化的Ti6Al4V/NiTi异质材料一体化沉积成形，并分析了过渡区界面组织演化规律。SEM、EDS表征结果表明，经组分梯度优化，梯度层界面之间具有良好冶金结合；随着NiTi组分逐渐增加，从Ti6Al4V区到NiTi区的相组成演变为α-Ti+β-Ti→α-Ti+NiTi2→NiTi2→NiTi2+NiTi→NiTi→NiTi+Ni3Ti。梯度过渡区显微硬度从Ti6Al4V区的343±13 HV变化到NiTi区的275±10 HV；而由于NiTi2强化相析出，导致40%Ti6Al4V+60%NiTi区域硬度值最高，可达576±5 HV。

关键词：激光熔化沉积异质功能材料原位梯度增材界面组织等能量密度成形

基于COMSOL千瓦级激光清洗45钢锈层工艺研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 311-321页

作者：杨乐宁利川刘金波杨金堂冶金装备及其控制教育部重点实验室(武汉科技大学) 湖北武汉430081 机械传动与制造工程湖北省重点实验室(武汉科技大学) 湖北武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院湖北武汉430081 广东中南钢铁股份有限公司广东韶关512123

利用COMSOL Multiphysics软件模拟1064 nm波长、20~100 kHz重复频率、1000 W的大功率移动激光清洗实验平台,对激光清洗过程进行可视化分析,研究峰值功率密度和清洗速度对污染层和基底温度场及烧蚀形貌变化的影响规律。此外,利用扫描电... 详细信息

利用COMSOL Multiphysics软件模拟1064 nm波长、20~100 kHz重复频率、1000 W的大功率移动激光清洗实验平台,对激光清洗过程进行可视化分析,研究峰值功率密度和清洗速度对污染层和基底温度场及烧蚀形貌变化的影响规律。此外,利用扫描电子显微镜和粗糙度仪对不同峰值功率密度和搭接率下的激光清洗效果进行实验验证。结果表明:随激光清洗时间的增加,烧蚀过程锈层温度变化接近高斯变化趋势;激光清洗45钢理论清洗阈值为1.9×10^(7) W/cm^(2),理论损伤阈值为10.0×10^(7) W/cm^(2);阈值范围内,峰值功率密度越大,清洗速度适当降低,清洗效果和效率越佳;当峰值功率密度为6.0×10^(7) W/cm^(2)、清洗速度为300 mm/s、对应搭接率为70%时,清洗效果最佳。这些结果对于指导工业参数化kW级激光清洗实验意义重大。

关键词： COMSOL 激光清洗功率密度搭接率 SEM 表面粗糙度

4KHZ-330型食葵联合收获机设计与试验

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农业工程学报 2024年第7期40卷 61-71页

作者：连国党宗望远刘羊马丽娜魏鑫鑫周国辉华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070 石河子大学机械电气工程学院石河子832000 石家庄金箭机械设备制造有限公司石家庄052160

针对食葵机械化收获水平低、损失大、含杂率高及籽粒破损严重等现状,该研究根据成熟期食葵生物特性,在传统联合收获机结构基础上设计一种4KHZ-330型食葵联合收获机,在割台上增设脱粒装置实现葵盘在割台上脱分,可有效缩短葵盘输送路径,... 详细信息

针对食葵机械化收获水平低、损失大、含杂率高及籽粒破损严重等现状,该研究根据成熟期食葵生物特性,在传统联合收获机结构基础上设计一种4KHZ-330型食葵联合收获机,在割台上增设脱粒装置实现葵盘在割台上脱分,可有效缩短葵盘输送路径,提高清选质量。首先阐述食葵联合收获机的总体设计方案及动力传动模式,并对割脱一体式割台、割台升降机构、清选装置及气力输送装置等关键部件进行设计,确定相关参数。机具配套动力113 kW,工作幅宽为3300 mm,可一次完成食葵切割、脱粒、输送、清选、集籽、集草及卸载等工序。田间试验表明,收获机在低、中、高3种工作档位下,总损失率均低于4.0%,籽粒含杂率均低于5.0%,籽粒破损率均低于2.0%,生产率为0.40~0.85 hm^(2)/h,作业性能指标满足食葵机械化收获标准。作业过程中收获机各关键部件之间运动协调关系平稳,食葵喂入顺畅,工作效率高,可以作为食葵联合收获机使用。

关键词：农业机械试验联合收获机食葵割脱一体式割台

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激光原位合金化Fe-Mn合金的元素质量损失

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钢铁 2024年第6期59卷 166-179页

作者：马西琳刘和平李发发何亚洲张浩侯雅青钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081 中国钢研科技集团有限公司数字化研发中心北京100081

多材料打印是目前金属增材制造的重要发展方向,利用多材料打印技术可以节约材料,充分发挥材料和结构耦合设计特点、实现综合优异的性能或功能。其中激光原位合金化技术是实现多材料打印的核心方法之一,利用激光作为热源逐层熔化粉末形... 详细信息

多材料打印是目前金属增材制造的重要发展方向,利用多材料打印技术可以节约材料,充分发挥材料和结构耦合设计特点、实现综合优异的性能或功能。其中激光原位合金化技术是实现多材料打印的核心方法之一,利用激光作为热源逐层熔化粉末形成三维零件,成形的金属零件致密度高、尺寸精度高、表面粗糙度好。由于锰元素的蒸气压较高,在高温热源的作用下蒸发效应更强烈,针对多材料激光原位合金化制备技术中的元素蒸发问题,以纯金属粉末铁和锰为原材料,采用高通量增材制造设备,分别进行了Fe10Mn(质量分数,下同)和Fe20Mn混合异质粉末的激光选区熔化试验,重点对比分析了不同激光功率、扫描速度、成分配比等参数对成形样品的质量损失及成分精度的影响。研究结果表明,锰质量分数为20%时的质量损失率低于锰质量分数为10%的质量损失率。高锰含量样品在成形过程中蒸发更加剧烈,反冲压力更大,熔池更窄更深。激光原位合金化成形合金最佳的工艺参数为激光功率220 W,扫描速度500 mm/s,扫描间距0.08 mm,层厚0.03 mm,成形试样的密度最高可达7.81 g/cm^(3),致密度最高可达99.78%。最佳工艺参数条件下,原位合金化Fe20Mn合金的质量损失率仅为1.50%。因此,在Fe-Mn合金中,锰相较于铁具有更大的蒸发倾向,优化了Fe-Mn合金的激光打印工艺参数,为提高易蒸发元素的成分精度控制提供了参考。

关键词：激光原位合金化多材料增材制造质量损失铁锰合金元素蒸发成型性能

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基于ResNet50和改进注意力机制的船舶识别模型

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计算机应用 2024年第6期44卷 1935-1941页

作者：刘源泂何茂征黄益斌钱程冶金装备及其控制教育部重点实验室(武汉科技大学) 武汉430081 机械传动与制造工程湖北省重点实验室(武汉科技大学) 武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081 江苏健龙岸电科技有限公司江苏宜兴214200

海洋船舶的自动识别对缓解海上交通压力起着重要作用。针对当前船舶自动识别率较低的问题,提出一种基于ResNet50(Residual Network50)和改进注意力机制的船舶识别模型。首先,自制船舶数据集并划分为训练集、验证集和测试集,采用模糊、... 详细信息

海洋船舶的自动识别对缓解海上交通压力起着重要作用。针对当前船舶自动识别率较低的问题,提出一种基于ResNet50(Residual Network50)和改进注意力机制的船舶识别模型。首先,自制船舶数据集并划分为训练集、验证集和测试集,采用模糊、增加噪声等方法得到增强数据集;其次,设计改进注意力模块——高效空间金字塔注意力模块(ESPAM)和船舶种类识别模型ResNet50_ESPAM;最后,将ResNet50_ESPAM与其他常用的神经网络模型对船舶数据集进行训练验证并对比。实验结果表明,ResNet50_ESPAM在验证集最高准确率为95.5%,验证集初始准确率为81.2%,与AlexNet(Alex Krizhevsky Network)、GoogleNet(Google Inception Net)、ResNet34(Residual Network34)、ResNet50和ResNet50_CBAM(ResNet50_Convlutional Block Attention Module)等模型相比,模型验证集最高准确率分别提升了5.1、4.9、2.6、1.6和1.4个百分点,验证集初始准确率分别提升了49.4、44.7、27.7、3.0和2.1个百分点。实验结果表明ResNet50_ESPAM在船舶种类识别方面具有较高的识别精度,验证了改进的注意力模块ESPAM的有效性。

关键词：图像处理深度学习残差网络注意力机制船舶识别

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基于知识图谱的再制造设备资源信息建模方法

武汉科技大学学报 2024年

作者：夏绪辉张缤元王蕾张泽琳郭钰瑶武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉科技大学精密制造研究院

针对再制造企业面临的设备资源和功能信息缺乏、且其准确性和一致性低的问题，提出一种再制造设备资源知识图谱生成方法。通过分析主要的再制造环节和设备资源信息，构建各环节统一的再制造设备资源模型，定义设备功能信息；通过采用命... 详细信息

针对再制造企业面临的设备资源和功能信息缺乏、且其准确性和一致性低的问题，提出一种再制造设备资源知识图谱生成方法。通过分析主要的再制造环节和设备资源信息，构建各环节统一的再制造设备资源模型，定义设备功能信息；通过采用命名实体识别和语义标注分析等知识建模方法实现“人-机-物-法-环”等信息的语义关联。整合再制造生产环节、本体信息和资源数据等各层信息模型，构建再制造设备资源知识图谱；以退役汽车发动机的再制造设备资源信息生成与建模为实例验证了该方法的有效性和实用性。

关键词：再制造设备资源信息建模功能信息知识图谱

EPS处理对QStE700TM钢氢脆敏感性影响

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中国腐蚀与防护学报 2024年第3期44卷 691-699页

作者：徐云峰王少峰何龙刘冬黄峰刘静武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 杭州金固环保设备科技有限公司杭州311400 宝钢股份中央研究院武钢有限技术中心武汉430080

采用慢应变速率拉伸(SSRT)和双电解池电化学氢渗透等手段,研究了湿法抛丸(EPS)、酸洗和干式抛丸3种表面处理工艺对QStE700TM高强结构钢氢脆敏感性及氢渗透动力学参数的影响规律;并结合不同处理工艺钢板试样表面氧化铁皮残留、硬度和残... 详细信息

采用慢应变速率拉伸(SSRT)和双电解池电化学氢渗透等手段,研究了湿法抛丸(EPS)、酸洗和干式抛丸3种表面处理工艺对QStE700TM高强结构钢氢脆敏感性及氢渗透动力学参数的影响规律;并结合不同处理工艺钢板试样表面氧化铁皮残留、硬度和残余应力变化,探讨了EPS工艺对QStE700TM钢氢脆敏感性影响机理。结果表明,EPS工艺处理QStE700TM钢试样的氢脆敏感性仅为8.1%,相较于酸洗和干式抛丸工艺分别降低了12.7%和20.5%。这与EPS工艺处理钢板表面氧化铁皮残留少,残余应力为-150~-300 MPa范围内的压应力有关。另外,EPS处理钢试样因更小的氢扩散通量(J∞L)和有效氢扩散系数(Dapp)及更大的滞后时间(tL)和阴极侧次表面氢浓度(c0),表现出比干式抛丸工艺处理钢试样更好的阻碍氢扩散性能,进而表现出更低的氢脆敏感性。综合考虑,EPS工艺是一种全新、可靠的和低碳环保的高强钢表面除鳞工艺。

关键词： QStE700TM钢 EPS处理氢脆敏感性