中国机械工程

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2023, 34(07): 0.

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增材制件内流道精整加工技术研究进展

王磊, 邬宇梁, 赵纪元, , 卢秉恒,

2023, 34(07): 757-769. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.001

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金属增材制造技术在航空航天领域具有复杂内流道的构件成形上具有广阔的应用前景，然而具有复杂内流道的增材制件的精整加工是工业应用的瓶颈问题。分析了内流道机械抛光技术、化学与电化学抛光技术、电解质等离子抛光技术的加工原理、关键技术及国内外研究进展。针对增材制件内流道精整加工需求，分别研究了机械抛光技术、化学与电化学抛光技术、电解质等离子抛光技术的适应性问题及探索方向。针对增材制件内流道精整加工关键技术发展趋势提出了展望：①研究针对功能梯度材料、多金属材料的增材制件内流道精整加工技术；②研究针对具有复杂几何形状、内部复杂分叉、渐变毛细结构、拓扑结构等复杂内流道的复合精整加工技术或组合加工技术；③研究针对内流道精整加工质量的高精度检测方法和几何误差的三维重构技术。

微波烧结复杂刃形SiAlON陶瓷刀具铣削GH4169高温合金性能研究

洪东波, 殷增斌, 陈为友, 郑轶彤, 袁军堂

2023, 34(07): 770-779，788. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.002

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针对目前陶瓷刀具结构简单(平刀面为主)、制造效率低等弊端，开展了复杂刃形SiAlON陶瓷刀具微波制造技术研究。通过有限元仿真研究不同刀具结构参数对SiAlON陶瓷刀具铣削GH4169高温合金力和热的影响规律；采用微波烧结技术制造了平刀面和复杂刃形SiAlON陶瓷刀具；通过试验研究刀具结构对SiAlON刀具铣削GH4169高温合金性能的影响，确定了SiAlON陶瓷铣刀片的最优结构。结果表明：基于微波烧结的复杂刃形SiAlON陶瓷刀具获得了设计的刀具结构且刀具刃口具有优良的致密性和力学性能；与平刀面SiAlON陶瓷刀具相比，具有复杂刃形的SiAlON陶瓷刀具有更好的耐磨损性能，高速铣削GH4169高温合金刀具寿命提高了约71.4%。

航天用大展收比豆荚结构变形规律模型及其仿真验证

杨硕, 张杰, 孔宁, 王浩威, 王晓宇, 庄原

2023, 34(07): 780-788. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.003

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豆荚结构又称可盘卷管状伸展臂，是一种具有大展收比的弹性伸展结构，可以被压缩成板状装载在航天器上，需要时自行展开为空心筒，用于展开太阳翼、卫星天线等组件，能够缩小航天器发射时的体积。设计豆荚结构尺寸时需要考虑其力学性能。针对豆荚结构收纳过程中力学特性影响因素变化多、计算量大等问题，利用力学分析设计了一种数值模型，可以计算不同尺寸参数的豆荚结构整个压缩过程中的压缩力变化。利用有限元分析软件ABAQUS对压缩变形进行仿真分析，对比数值模型的计算结果与仿真结果误差小于10%。通过数值模型分析得到了豆荚结构尺寸参数对压缩力的影响。

高温雾化降尘效率关键影响参数研究及优化

沈凡, 赵刚, 陈燕才, 熊雯

2023, 34(07): 789-795，802. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.004

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为稳定提高高温环境中的雾化降尘效率，引入蒸发率构造的液滴蒸发因子，利用数值仿真模拟高温环境下的雾化过程，探索喷嘴结构、雾化性能和高温降尘效率之间的交互影响规律；采用L25田口方法设计试验，选取X旋流压力喷嘴的出口直径、进口压力、轴向距离作为关键参数，探究各参数对雾化性能的影响，获得最优参数组合。研究结果表明：雾化区受温度的影响，液滴质量浓度是提高高温雾化降尘效率的关键指标；3个关键参数的重要性由高到低依次为轴向距离、进口压力、出口直径；在HIB钢热轧工艺中，最优关键参数组合为喷嘴出口直径2 mm、进口压力8 MPa、轴向距离90 cm。高温降尘效率提高到80%以上。

外流体基液类型对纳米流体同轴静电雾化切削的影响研究

苏宇, 吴事凯, 姜海

2023, 34(07): 796-802. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.005

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在构建同轴静电雾化切削试验平台的基础上，以蓖麻油、大豆油、菜籽油、棕榈油、LB2000及其碳纳米管油基纳米流体为外流体，以去离子水及其碳纳米管水基纳米流体为内流体，分析了不同外流体基液类型下同轴静电雾化荷电性能和复合液滴电润湿性能，研究了外流体基液类型对纳米流体同轴静电雾化切削的切削力和温度的影响。结果表明：LB2000适合作为纳米流体同轴静电雾化切削的外流体基液，可有效减小切削力和降低温度，且以LB2000/水基纳米流体为外/内流体时，减力降温的综合效果最佳。

考虑法向接触力变化的机器人砂带磨削参数研究

陈庚, 向华, 叶寒, 肖飞

2023, 34(07): 803-811，820. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.006

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叶片表面粗糙度与型面尺寸精度对航空发动机整体性能和使用寿命有重要影响，为了解决机器人砂带磨削的切入切出阶段及曲率变化较大部位的法向接触力变化对表面粗糙度和材料去除深度一致性的影响，设计正交中心组合试验并用宽度学习算法建立了磨削工艺参数与表面粗糙度和材料去除深度的预测模型，利用传感器测量的法向接触力与建立的预测模型，结合多重学习回溯搜索算法求解了自适应工艺参数，最后用得到的工艺参数进行了磨削试验，表面粗糙度和材料去除深度的试验值与模型预测值最大误差为14.2%和13.4%，表明所提方法可以保证表面粗糙度和材料去除深度的一致性良好。

高速切向车铣对18CrNiMo7-6钢表面完整性的影响

王栋, 林洪旭, 赵静雯, 乔瑞勇, 张君宇, 赵睿

2023, 34(07): 812-820. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.007

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为提高18CrNiMo7-6齿轮钢的抗疲劳性能，进行了高速切向车铣试验。结果表明：高速切向车铣可获得接近于磨削的三维表面粗糙度Sa，工件转速nw和铣刀转速nc对Sa的影响较为显著，且Sa随着nc的增大而减小，随nw的增大而增大；高速切向车铣（逆铣）已加工表面均为残余压应力，nc及轴向进给量fa对表面残余应力有显著影响；随着nc的增大，轴向残余应力σx和切向残余应力σy均呈先增大后减小的趋势，随着fa的增大，σx和σy显著减小；最大残余应力出现于已加工表面，且在距已加工表面40~60 μm之内逐渐减小，之后趋于稳定；轴向进给量fa对表面完整性综合影响最大，随着fa的增大，表面质量迅速变差。在高速切向车铣正交试验条件下，得到的最优试验参数组合为：nc=6500 r/min，nw=75 r/min，fa=0.02 mm/r，径向切深ap=0.1 mm。在最优参数切削条件下，Sa为0.30 μm，σx为-400.5 MPa，σy为-415.9 MPa，残余应力影响层深度为60 μm。高速切向车铣获得的表面完整性优于传统车削，该切削方法可为外圆表面的加工提供一种更好的加工方式。

进给系统角接触球轴承的热力耦合分析

李朕均, 赵春雨

2023, 34(07): 821-829. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.008

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对角接触球轴承热力耦合性能进行预测分析是保证机床工作精度的关键。基于赫兹接触理论结合热网络方法，建立滚珠丝杠进给系统成对安装轴承工作状态下的动态热力耦合模型，考虑了温升热效应下的球轴承内部润滑状态以及热膨胀，提出了轴承的动态热力耦合分析数值计算方法。探明了轴承内部接触参数和摩擦生热的时变规律。研究表明：转速、外部载荷等工况影响轴承的摩擦接触特性，轴承性能显著受热力学行为的影响。提出的轴承动态热力耦合分析模型可以有效预测轴承非线性热行为下的接触特性。

滚珠丝杠支承系统滚珠丝杠轴承综合轴向变形分析计算

徐晓华, 蒋桂平, 韩兴国, 张政泼

2023, 34(07): 830-837. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.009

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对两种常用滚珠丝杠支承系统的滚珠丝杠轴承进行分析，采用三折线逼近法推导出滚珠丝杠支承系统滚珠丝杠轴承综合轴向变形量随位置和负载变化的双变量函数关系式，综合轴向变形量随位置的变化形态近似呈开口向下的非对称弧线形，推导出最大综合轴向变形量及其位置坐标的计算式。分析和试验结果表明，随着滚珠丝杠、轴承两者最大变形量之比逐渐减小，滚珠丝杠轴承综合轴向变形量变化形态趋于平缓，出现最大变形量的位置坐标逐渐沿负载方向离开两支承跨距的中心。

基于深度学习的汽车梁类件冲压回弹研究

聂昕, 谭天, 申丹凤

2023, 34(07): 838-846. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.010

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提出了基于深度学习的汽车梁类零件回弹预测方法。基于二维回弹理论，将三维梁类零件离散为若干截面，采用双平面投影法和图像二值化方法，将梁类零件的截面曲线转换为神经网络模型可识别的双通道图像数据。基于拉丁超立方采样法对影响梁结构零件的冲压工艺参数及板料材料参数变量进行采样，通过CAE回弹仿真得到后续深度学习网络的训练样本。为研究梁结构在不同几何截面、材料参数、工艺参数作用下的回弹问题，采用基于LeNet-5、AlexNet、NiN的卷积神经网络模型作为几何截面识别模型，同时使用全连接神经网络模型耦合材料参数和工艺参数的方法，得到该梁类零件回弹算法模型。以某汽车梁类结构零件作为研究对象，基于高斯混合聚类将回弹样本分为小回弹、中等回弹、大回弹三个类型。将各类回弹样本分别通过回弹算法模型进行验证，结果表明，基于AlexNet的模型准确度最高，同时算法鲁棒性相较于其他两种也更强，更适合梁类件的回弹预测。

重卡桥壳D形横截面预成形管坯轴向环向补料液压胀形研究

张家旗, 王连东, 宋希亮, 张岩松, 赵正跃

2023, 34(07): 847-858. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.011

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在大尺寸重卡桥壳胀压成形试验中，近似回转体预成形管坯充液压制成形后的桥壳管件，中部桥包壁厚减薄率大、后盖存在开裂。为此，设计了D形横截面的预成形管坯及轴向环向补料液压胀形工艺，分析了轴向补料、轴向环向补料阶段的应力状态及变形特征，推导出不同变形区的塑性变形条件以及中间横截面典型特征点环向应力的表达式。针对某载荷10 t重卡桥壳，进行了D形截面管坯液压胀形有限元模拟，揭示了各变形区的正应力、剪应力的变化规律以及金属沿环向的流动规律。进行了重卡桥壳胀压成形生产试验，成功制备出D形截面预成形管坯，成形性良好，金属环向流动量及壁厚分布与模拟结果吻合，壁厚相对减薄率明显降低；充液压制成形后的桥壳管件，中部桥包部分壁厚增加，消除了后盖开裂隐患，而且切除的附件前盖减少15.64%。

基于半赫兹接触的车轮磨耗预测分析

牛江, 池茂儒, 李大柱, 罗贇

2023, 34(07): 859-865，874. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.012

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为了对比赫兹与半赫兹接触算法在轮轨磨耗仿真过程中的差异，建立CR400BF动车组动力学模型，分别基于赫兹接触与半赫兹接触算法（STRIPES）进行长距离仿真，用Archard磨耗模型计算磨耗量，以实测250 000km踏面磨耗量为参照分别比较两种算法的计算结果。结果表明：不同钢轨廓形对应磨耗量及磨耗分布差异明显；不同磨耗里程下半赫兹接触的接触斑形状差异明显，接触斑面积逐渐增大且最大接触应力逐渐减小；磨耗前期，两种接触算法得到的磨耗量及磨耗分布差异不大，且与实测结果较为接近，但磨耗中后期，两种算法得到的磨耗量较实测结果都偏大且半赫兹接触较赫兹接触更加符合实测结果，原因在于随着磨耗里程增大，轮轨接触不再满足赫兹接触假设。

矩形管辊弯成形角部充满度分析及试验验证

邢梦龙, 杜凤山, 付玉涛

2023, 34(07): 866-874. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.013

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为了提高矩形管辊弯成形角部的成形精度，根据体积不变定律和金属秒流量相等原则对矩形管角部欠充满原因进行分析；结合工厂实际生产参数建立辊弯成形有限元模型，分析圆管管径和壁厚对成形过程中增厚系数、角部充满度的影响；根据角部欠充满区域中性层弧长线性对应关系进行圆管管径修正，确定系数修正关系式；对角部成形过程进行损伤判定，筛选出合适的圆管管径，将其仿真结果与试验进行对比。结果表明：辊弯成形过程中壁厚的增大使得角部处于欠充满状态；壁厚越小，成形过程中的增厚系数越小，所需圆管管径越小；圆管管径越大，角部充满度越好，同时管径的增大会增加辊弯出口处角部内侧损伤的可能性；仿真与试验结果的误差较小，验证了仿真模型的准确性。

新型无耳托板螺母拉铆过程数值仿真与试验验证

王守财, 孙昂, 刘如刚

2023, 34(07): 875-881. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.014

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一种新型304不锈钢无耳托板螺母的安装效率较高且能减少疲劳源，在航空领域应用广泛。基于Johnson-Cook模型建立了有限元模型，对该螺母拉铆成形过程载荷变化趋势、塑性流动、夹紧力与干涉量、夹层状态对铆接质量的影响分别进行分析，并开展了螺母的铆接安装试验。结果表明：有限元仿真模型与试验载荷曲线符合性较好，最大载荷误差为2.4%；螺母在受压应力远高于材料屈服应力时才发生结构失稳，迅速形成褶皱，塑性流动主要沿径向发展；拉铆过程可以给夹层提供一定量的夹紧力与干涉量，夹紧力在完成铆接后达到最大值，且在一定范围内夹层的斜度不影响夹紧力的大小，铆接过程最大干涉量为4.6%左右。

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2023, 34(07): 882.

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