• 2022年第52卷第6期文章目次
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    • >综述
    • 表面织构加工方法的研究

      2022, 52(6):1-12. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.001

      摘要 (819) HTML (670) PDF 10.42 M (1461) 评论 (0) 收藏

      摘要:总结了激光加工、电解加工、电火花加工、化学刻蚀、光刻蚀以及超声振动辅助加工技术等方法;分析了表面织构形状对材料表面性能的影响;论述了表面织构几何参数对润滑性、摩擦学特性和疏水性等材料表面性能的影响。得出了合适的表面织构形状、面积率、深径比等表面织构设计参数可有效改善机械零部件表面性能的结论;发现了为获得理想表面性能,不仅需要考虑织构形状和几何参数,还需考虑工况条件、工件材料性质以及加工技术带来的影响。最后对关于表面织构加工技术所存在的问题进行了总结,并对如何提高表面织构技术对材料性能的影响进行展望。

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    • 高强高模聚酰亚胺纤维增强环氧复合材料研究进展

      2022, 52(6):13-18. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.002

      摘要 (523) HTML (346) PDF 1.96 M (1464) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文综述了当前高强高模聚酰亚胺(PI)纤维增强环氧(EP)复合材料的制备及应用研究进展,较全面地介绍了PI/EP复合材料的成型工艺性能、界面性能、力学性能及破坏机制、电性能、耐损伤性能、防弹性能等,对其应用研究方向进行了展望。

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    • >计算材料学
    • 温度制度对纤维增强复合材料挖补修复过程的温度场影响

      2022, 52(6):19-27. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.003

      摘要 (609) HTML (530) PDF 5.14 M (1336) 评论 (0) 收藏

      摘要:借助有限元模拟仿真的方法,开展纤维增强复合材料结构在挖补修复过程的补丁固化行为研究。基于材料的温变特性,建立了复合材料结构挖补修复的补丁固化模型,探讨了升温速率和保温时间对挖补修复过程的温度场影响。结果表明,相比于保温时间,升温速率对补丁的固化行为影响更大;在升温速率增大一倍后,补丁固化中心点的温度峰值增加1.1%;温度变化速率和固化反应速率均随升温速率的提高而增加,固化区域产生明显的温度梯度;在本研究中,修复区域的最大温差高达8℃。

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    • 高精度碳纤维复合材料反射面型面精度仿真分析

      2022, 52(6):28-32. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.004

      摘要 (948) HTML (640) PDF 2.21 M (1317) 评论 (0) 收藏

      摘要:为全尺寸反射面的实际成型提供理论依据,本文通过建模仿真重点分析了外蒙皮装配偏差、自重及成型和使用温度差对反射面工作面型面精度(R.M.S)的影响。结果表明,当外蒙皮装配偏移量在0.5 mm内时,其反射面工作面理论R.M.S值的变化量为0.47 μm;在成型放置状态下,反射面11 kg自重其工作面理论R.M.S值变化量为0.55 μm;反射面夹层结构的成型和使用温度差110 ℃,反射面工作面的理论R.M.S值变化量为17.79 μm。

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    • >新材料新工艺
    • 垂直磨削中磨削参数对磨削痕迹分布的影响

      2022, 52(6):33-43. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.005

      摘要 (521) HTML (336) PDF 10.39 M (1398) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对垂直磨削中磨削痕迹分布规律不明晰而使得磨削表面质量难以准确控制的问题,开展垂直磨削中磨削参数对磨削痕迹分布规律影响的研究。依据单颗磨粒磨削痕迹分布方程、仿真分析和探讨了砂轮转速、工件转速、进给速度、转速比和相移对磨削痕迹分布的影响,基于磨削参数对磨削痕迹分布和残留高度的影响,优选出了磨削痕迹分布相对合理的磨削参数组合,并进行磨削加工对比实验。结果表明,垂直磨削法中,磨削参数通过改变磨削痕迹的长度、间距、数量、位置关系和分布情况等影响磨削后工件的表面质量。其中,相移的大小会影响磨削痕迹的首尾相接与相互错开情况,直接决定着磨削纹理的形成与否,进而成为影响磨削后工件表面质量的关键因素;此外,尽管磨削参数中工件转速相差很小,但磨削痕迹分布状况会出现显著的差异,进而导致工件表面纹理和破碎情况显著不同及表面粗糙度Ra存在59~125 nm的差距。因此,基于磨削参数对磨削痕迹分布的影响,合理的匹配磨削加工参数可大幅提高工件表面质量。

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    • Cr12MoV钢电火花辅助铣削实验研究

      2022, 52(6):44-51. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.006

      摘要 (643) HTML (567) PDF 4.07 M (1361) 评论 (0) 收藏

      摘要:以典型难切削金属材料Cr12MoV模具钢为研究对象,使用ABAQUS对其在电火花放电条件下温度场进行数值模拟,在不同进给率下对其进行传统铣削和电火花辅助铣削对比试验。借助高速摄像机、扫描电镜和测力计等设备,对其切削力特征、表面形貌和刀具磨损进行了对比分析研究。结果表明,电火花辅助铣削的切削力比传统铣削降低28.57%~51.47%,表面粗糙度降低2/3。与传统铣削相比,电火花辅助铣削在降低切削力、提高表面质量和减少刀具磨损方面具有显著优势。

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    • 基于不同磨粒的氮化硅陶瓷磨削特性研究

      2022, 52(6):52-59. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.007

      摘要 (392) HTML (591) PDF 4.47 M (1253) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用多颗磨粒磨削仿真和实验相结合的方式研究磨削过程的磨削力、磨削温度和已加表面形貌。对比分析了多颗磨粒和传统单颗磨粒磨削模型在磨削特性上的差异性,并对多颗磨粒磨削仿真模型进行了验证。结果表明:当磨削速度减小、磨削深度增大时,多颗/单颗磨粒仿真与实验的磨削力均增大;当磨削速度和磨削深度增大,多颗/单颗磨粒仿真与实验的磨削温度均增大;当进给速度增大时,单颗磨粒仿真的磨削力减小、磨削温度先减小后增大,多颗磨粒仿真和实验的磨削力增大、磨削温度减小;多颗磨粒磨削时的磨削力和磨削温度大于单颗磨粒磨削时的力和温度;多颗磨粒仿真后工件表面形貌与实际加工后表面形貌相符。基于多颗磨粒磨削工程陶瓷的有限元仿真模型相比于单颗磨粒模型可更好地模拟实际加工情况。

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    • 单晶硅超精密切削工艺参数优化与实验研究

      2022, 52(6):60-64. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.008

      摘要 (844) HTML (391) PDF 2.13 M (1432) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高单点金刚石车削单晶硅的表面质量,以表面粗糙度为优化目标设计正交切削实验,通过方差分析、响应曲面分析和极差分析研究主轴转速、进给速度和切削深度对表面粗糙度的影响。结果表明,主轴转速对表面粗糙度影响最显著,主轴转速越大,表面粗糙度值越小;建立了表面粗糙度回归模型,通过响应曲面分析得到主轴转速和进给速度的交互作用对表面粗糙度的影响最大;在最优切削参数组合为主轴转速3 300 r/min、进给速度2 mm/min、切削深度5 µm的条件下,获得了表面粗糙度Ra 2.7 nm的高质量单晶硅元件,其表面相对光滑,切屑呈带状,材料在延性域内去除。

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    • 偏置抛物面卫星天线反射器固化变形分析

      2022, 52(6):65-70. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.009

      摘要 (691) HTML (90) PDF 3.50 M (1221) 评论 (0) 收藏

      摘要:偏置抛物面卫星天线反射器由碳纤维预浸料铺制而成,在固化过程中通常会出现热变形、固化收缩变形及机械变形等,且过大的变形会导致反射器反射信号产生偏差。为了有效预测天线反射器在热压罐固化过程中的变形,本文采用线性黏弹性本构模型表征纤维增强复合材料在固化过程中的应力-应变关系。采用顺序热-力耦合分析法,对天线反射器内部温度场、固化度场及位移场的分布进行建模,并对铺层结构及降温速率对天线反射器变形的影响开展研究。结果表明:相较于纯0°铺层结构,正交和准各向同性铺层天线反射器z向变形量减小了51%以上,且降低降温速率有助于提高天线反射器的固化型面变形。

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    • CLGA封装器件高可靠性装联工艺研究

      2022, 52(6):71-76. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.010

      摘要 (948) HTML (302) PDF 8.38 M (1609) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保证陶瓷栅格阵列(CLGA)封装器件装联可靠性,本文以CLGA封装器件为研究对象,采用Pb90Sn10焊球、Pb90Sn10与Pb80Sn20焊柱、Be-Cu/Sn60Pb40微弹簧圈(MCS)和Sn63Pb37共晶焊料,实现了对CLGA封装器件的二次工艺设计,并采用回流焊工艺方法将器件装联在印制电路板上。通过有限元分析及试验相结合的方法,探索了适用于此类器件的高可靠性装联工艺。对3种元器件建立有限元仿真模型来模拟应力应变情况,同时对印制板组件进行了力学、热学实验分析。结果表明,仿真发现弹簧所受的应力和应变最小,焊柱其次,焊球最大;试验验证与仿真结果相符,植弹簧的器件可靠性最高,植焊柱的其次,植焊球的最差;500个温度循环与振动试验表明植弹簧器件无裂纹,植焊柱、植焊球的器件出现裂纹,焊点金相剖切与SEM能谱显微组织分析均符合航天标准要求。植焊球、植焊柱的器件焊点断裂失效位置均出现在焊球、焊柱与钎料印制板接触的位置,且裂纹处金属间化合物(IMC)层厚度与能谱成分未见异常。

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    • TIG补焊对2219铝合金搅拌摩擦焊接接头微观组织及性能影响

      2022, 52(6):77-82. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.011

      摘要 (591) HTML (88) PDF 9.36 M (1285) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过对原始搅拌摩擦焊(FSW)接头中间位置进行缺口挖补以模拟焊缝缺陷,采用钨极氩弧焊(TIG)补焊对其进行焊缝缺陷修复试验,研究该补焊工艺对接头微观组织及力学性能的影响规律,为贮箱的FSW焊缝性能评价提供技术支撑和后续工程指导。结果表明,相较于FSW接头,补焊接头TIG焊缝区主要由较大的等轴树枝晶组成,且与FSW焊缝交界处相互掺杂着粗大等轴晶和细小等轴晶;补焊接头固溶区受热循环影响较大,晶粒较为粗大,而过时效区受热循环影响较小,会发生过时效化并形成软化区。补焊接头抗拉强度与延伸率相较于原始FSW接头有所降低,硬度分布大致呈“W”形,WNZ区为硬度值最低处;补焊接头断裂位置始于焊趾处,断口存在大量韧窝,同时韧窝内存在第二相粒子,呈现韧性断裂机制。

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    • >测试分析
    • 基于灰色系统理论的刷式密封磨损量的预测方法

      2022, 52(6):83-86. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.012

      摘要 (490) HTML (562) PDF 557.06 K (1288) 评论 (0) 收藏

      摘要:运用灰色预测理论,根据已有试验测得的刷丝磨损量数据,建立刷式密封刷丝磨损量的灰色预测模型,估算刷式密封件的使用寿命,并进行了试验验证。试验结果表明:灰色模型预测具有可行性且具有良好的预测精度及,3种试验工况下工作500 min时的刷式密封磨损量进行预测对比,最大相对残差为1.57%,最大绝对残差为0.16 mm3,对后续刷式密封装置的稳定运行、修理和更换具有一定的参考意义。

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    • TC4板材组织特征与超声检测信号对应关系研究

      2022, 52(6):87-91. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.013

      摘要 (108) HTML (622) PDF 5.27 M (1255) 评论 (0) 收藏

      摘要:在大厚度板材在轧制过程中,由于工艺控制不当易引起材料组织分布不均匀、粗大晶粒等问题,本文针对TC4轧制板材研究超声检测信号对材料内部组织分布的表征情况。结果表明,声波垂直于板材流线方向入射时,声衰减分布均匀;而平行入射时,声衰减分布极不均匀,呈条带状分布。为此,对引起不同声波衰减的截面进行组织分析,金相观察发现超声波衰减与材料内部α相的分布及形态有关:声衰减小的区域,材料内部等轴α相较多,晶粒细小,分布均匀;声衰减大的区域,α相被明显拉长。

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    • >工程实践
    • 基于路径相关本构模型的大型薄壁曲面复合材料零件固化变形分析

      2022, 52(6):92-97. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.014

      摘要 (521) HTML (637) PDF 2.62 M (1283) 评论 (0) 收藏

      摘要:大型薄壁曲面复合材料零件多采用热压罐工艺成型,在固化过程以及脱模过程会产生变形,导致零件变形超差,部件装配困难。针对此问题,本文首先采用路径相关本构模型对其固化成型过程进行分析,然后进行热压罐成型试验验证理论分析结果,就此采用反向补偿法修正模具型面。仿真结果表明,某大型薄壁曲面复合材料零件成型后最大位移为11.121 mm,最小位移为0.171 mm,分别发生在对称轴方向短边的边角点和靠近对称轴方向短边的边角点;零件在变形较大的两侧边和短边处残余应力较大,与变形较小的长边相差7 MPa左右。仿真结果与试验结果吻合良好,固化变形平均误差为8.6%。使用补偿后的模具再次进行固化变形仿真,使该零件的最大固化变形降低了70.8%。

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    • 管路加热带安装工艺试验研究

      2022, 52(6):98-102. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2022.06.015

      摘要 (685) HTML (620) PDF 2.51 M (1233) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对推进剂管路加热带缠绕工艺流程复杂、工艺参数不定量的问题开展试验研究,结合工程实践经验,采用试验矩阵方法研究获取绝缘膜包覆状态、涂胶厚度以及气泡对加热效果的影响。结果表明,内绝缘膜无交叠缠绕、外绝缘膜间隙缠绕、利用专用刮胶板控制涂胶厚度约0.2 mm等工艺方法可以减少气泡的产生,有效提升加热带对管路的加热效果,满足产品质量要求,该试验结论可为后续管路加热带缠绕及其他加热片安装提供参考。

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