• 2023年第53卷第5期文章目次
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    • >综述
    • 重复使用液体火箭发动机用材料及工艺研究进展

      2023, 53(5):1-14. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.001

      摘要 (1358) HTML (480) PDF 2.97 M (1815) 评论 (0) 收藏

      摘要:系统梳理了国外几种典型的可重复使用液体火箭发动机用材料及工艺情况,着重介绍了氢氧火箭发动机、液氧/煤油火箭发动机、液氧/甲烷发动机等可重复使用液体火箭发动机的推力室、涡轮泵、喷管等关键构件材料选用及成型工艺情况。分析各种液体火箭发动机性能需求及结构特点,探究关键材料及工艺技术发展趋势,对比国内可重复使用液体火箭发动机材料及工艺研究现状,为后续可重复使用液体火箭发动机材料及工艺技术发展方向提供思路。

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    • >计算材料学
    • 微织构刀具对钛合金切屑形成影响的仿真研究

      2023, 53(5):15-24. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.002

      摘要 (1412) HTML (283) PDF 2.96 M (1645) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对微织构刀具对钛合金Ti6Al4V切屑形成以及微槽二次切削机理分析的不足,通过建立热-力耦合仿真模型对比研究不同微织构刀具、微织构几何尺寸以及切削速度对切屑形成的影响规律。数值仿真结果表明:微织构刀具更有利于断屑,二次切削作用使切屑的弯曲半径变大,微织构可以减小刀屑之间实际接触面积,降低切削温度。增大微织构宽度可以增强微槽的二次切削作用,利于断屑,但应注意其对刀具强度的削弱作用,而增大相邻微槽间距则会出现相反的二次切削作用机制。提高切削速度对各刀具均有利于断屑,弧形微织构刀具的降温效果最好,V形微织构刀具次之,矩形微织构刀具降温效果最差。研究结果对进一步理解微织构刀具对钛合金切屑的二次切削作用机理提供一定参考。

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    • 超声振动辅助切削对碳纤维增强树脂复合材料面下损伤影响的仿真研究

      2023, 53(5):25-30. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.003

      摘要 (215) HTML (263) PDF 1.13 M (1583) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在传统加工(OC)过程中存在着切削力过大、表面质量不佳、面下损伤较为严重等问题。为了改善上述问题,本文提出使用超声振动辅助切削(UVC)工艺加工CFRP,通过仿真分析对切削力与面下损伤深度进行研究。结果表明:使用UVC加工CFRP可降低13%~80%的切削力,且纤维方向角对切削力影响较小。与OC相比,UVC切削0°、45°纤维方向角的CFRP时可以减少约50%的面下损伤深度;在切削90°、135°纤维方向角的CFRP时虽然没有改善面下损伤深度,但取得了较为平整的已加工表面以及较小的损伤区域。

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    • 内套筒对预紧力齿连接接头预紧力的影响

      2023, 53(5):31-37. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.004

      摘要 (192) HTML (151) PDF 1.31 M (1692) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究内套筒材料性能与几何尺寸等参数对预紧力影响规律,本文首先通过实验对不同内套筒材料与壁厚对预紧力的影响规律进行研究。然后通过有限元软件ANSYS建立了接头预紧力施加的数值模型,模拟结果与实验实测值吻合较好,并通过有限元对实验现象进行了分析。结果表明:相同挤压量下,接头壁厚越高,所产生预紧力越高;对于塑性材料的内套筒接头,当外部挤压量超过一定值时,塑性材料完全进入塑性,变形增加,但应力值不再显著增长,预紧力趋于稳定;而对于弹性材料的内套筒接头,弹性材料应力一直随着应变线性增长,因此预紧力随着挤压量增加不断增加。

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    • >新材料新工艺
    • 制备工艺对W-10Ti合金组织的影响

      2023, 53(5):38-43. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.005

      摘要 (473) HTML (128) PDF 3.24 M (1563) 评论 (0) 收藏

      摘要:制备了W-10Ti合金,研究了冷等静压(CIP)压力、热等静压(HIP)温度、高温处理对W-10Ti合金组织的影响。发现CIP能明显提高装料密度,有利于后续的HIP成形和元素扩散。提高CIP压力和HIP温度,能提高W与Ti扩散程度,HIP在1 300 ℃时,纯Ti相完全消除。高温处理温度为1 300、1 400、1 500、1 700 ℃时,富Ti相含量先降低再升高,在1 400 ℃时降至最低,为5.18%。在超过1 400 ℃处理时,富Ti相会发生共析转变。

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    • EPDM/CR并用橡胶绝热层性能研究

      2023, 53(5):44-49. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.006

      摘要 (471) HTML (340) PDF 1.83 M (1597) 评论 (0) 收藏

      摘要:不同种类的橡胶并用是提高制品性能的有效途径之一。通过在三元乙丙橡胶(EPDM)中混入部分氯丁橡胶(CR),研究了并用橡胶绝热层性能的影响规律。结果表明,在EPDM橡胶中并用适量CR橡胶可以改善其性能。当EPDM/CR并用橡胶中CR用量不大于30份时,并用橡胶的硫化特性、耐热性能和拉伸力学性能可以得到明显改善,而并用橡胶的玻璃化转变温度、制备工艺等基本特性并不会发生本质改变;此外,烧蚀试验结果表明,CR橡胶的混入增加了基材烧蚀后在芳纶纤维表面的沉积量,有利于提高绝热层的耐烧蚀性能;应用结果表明,EPDM/CR并用橡胶绝热层的拉伸强度和烧蚀性能优于单一EPDM橡胶绝热层。

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    • 双损耗Al2O3基多孔吸波材料的制备及其吸波性能

      2023, 53(5):50-55. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.007

      摘要 (504) HTML (307) PDF 1.41 M (1631) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于片状Al2O3陶瓷互锁结构强度高的特点,制备出夹杂石墨的高气孔率的Al2O3多孔陶瓷,并通过原位还原在多孔骨架中制备出Ni微粒,形成一种轻质的双损耗陶瓷基吸波材料。通过XRD、FE-SEM和EDS研究了还原温度对多孔吸波材料的组成、微观形貌、元素分布和吸波性能的影响。结果表明,还原温度升温至700 ℃可将多孔网络中Ni完全还原,形成以堆叠互锁Al2O3为基,夹杂片状石墨和孔表面覆盖Ni微粒的双损耗轻质吸波材料。当复合材料厚度为6.5 mm时,最小反射损耗为-35.01 dB,有效吸收带宽达到1.75 GHz。片状Al2O3锁定的石墨片构筑的导电网络,Ni微粒与基体之间的极化效应等共同促进复合材料良好的微波吸收性能。

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    • 环氧树脂改性交联剂的制备及其对室温硫化硅橡胶性能的影响

      2023, 53(5):56-61. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.008

      摘要 (358) HTML (216) PDF 1.24 M (1690) 评论 (0) 收藏

      摘要:力学性能差是制约室温硫化硅橡胶应用发展的主要因素,而交联剂结构对力学性能有重要影响。为提高室温硫化硅橡胶的力学性能,本文以环氧树脂E-44与氨丙基三烷氧基硅烷为原料通过开环反应合成了一种改性交联剂(E44-APS),通过红外光谱、核磁氢谱确定了E44-APS的结构,并研究了E44-APS交联剂对室温硫化硅橡胶拉伸性能、固化性能、接触角、表面形貌、热稳定性的影响。结果表明,随E44-APS含量增加,室温硫化硅橡胶的拉伸强度先增加后降低,当E44-APS用量为10% 时,拉伸强度和断裂伸长率最大可达0.47 MPa和306%;固化时间随E44-APS用量增加而增加;5%热失重温度随E44-APS用量增加而降低;接触角随E44-APS用量增加先降低后增加。上述结果表明E44-APS可有效提高室温硫化硅橡胶的力学性能,同时会带来一些负面影响,如固化时间延长和热稳定性下降及疏水性下降等。

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    • Si粉特性对反应烧结Si3N4多孔陶瓷的强韧性及介电性能的调控作用

      2023, 53(5):62-67. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.009

      摘要 (355) HTML (277) PDF 1.89 M (1550) 评论 (0) 收藏

      摘要:Si3N4多孔陶瓷具有优异的力学性能、介电性能、热学性能和化学稳定性等,特别适用于高温、大载荷、强侵蚀环境下的宽频透波材料。反应烧结Si3N4多孔陶瓷在性能、工艺和成本方面优势显著,原料Si粉特性显著控制着其物相、显微结构、力学和介电性能。本文以不同粒径和纯度的Si粉为原料制备注凝成形、反应烧结Si3N4多孔陶瓷。结果表明,双粒径配料使素坯产生紧密堆积效应,其遗传并进一步演化出两级显微组织强韧化机制,双粒径配料5 & 45 μm时的弯曲强度和断裂功获得最大值109.94 MPa和990.74 J/m2。该值分别比单粒径配料5和45 μm时的值提高了111.42%、25.97%和46.55%、20.46%;介电常数和介电损耗分别约为4.20和0.007。注凝成形、反应烧结Si3N4多孔陶瓷可以兼顾力学性能和介电性能,适用于透波罩等异形、大尺寸构件。

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    • AFRP激光-铣削组合加工及其工艺参数优化研究

      2023, 53(5):68-77. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.010

      摘要 (97) HTML (214) PDF 4.10 M (1715) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对芳纶纤维增强复合材料(AFRP)加工中极易出现抽丝拉毛、烧蚀等问题,提出采用激光-铣削组合加工的工艺方法对AFRP进行试验研究,优化AFRP激光-铣削组合加工工艺参数。试验表明:与铣削加工相比,激光-铣削组合加工的切削温度更低,切削力以及毛刺因子更小,且在加工中切削力波动幅度小,铣削平稳;AFRP激光-铣削组合加工中的最佳激光工艺参数为:激光功率P=20 W,扫描速度v=3 mm/s,脉冲宽度Lf=60 ns,重复频率f=50 kHz;最佳铣削工艺参数为:主轴转速n=2 000 r/min,进给速度vf=105 mm/min,切削深度ap=0.5 mm。

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    • 外圆无心磨削工艺对轴承套圈成型质量的影响

      2023, 53(5):78-83. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.011

      摘要 (522) HTML (280) PDF 763.63 K (1560) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了得到取消外圆修磨的外圆无心磨削工艺对轴承套圈外圈的影响规律,本文以6202深沟球轴承套圈外圈为研究对象,通过外圆无心磨削试验,分析了取消外圆修磨后新无心外圆磨削工艺对套圈圆度、直径的影响,并利用谐波控制原理分析磨削加工中谐波对轴承套圈外圈圆度的控制。研究结果表明:新工艺可以满足6062轴承套圈的尺寸精度要求,外圆无心磨削时采用加工余量先大后小的方法,有助于改善轴承套圈的外圆圆度,缩短工艺流程,减少生产时间,提高生产效率;无心磨削可以降低轴承套圈表面低次谐波的幅值,外圆超精加工可以有效降低套圈表面高次谐波,从而达到控制圆度的目的。取消外圆修磨的新磨削工艺不但能提高产品质量,还能提升生产效率。

    • CF/PEEK复合材料超声辅助铣削力和表面质量研究

      2023, 53(5):84-89. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.012

      摘要 (315) HTML (151) PDF 6.73 M (1528) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)在铣削加工时所产生的毛刺、分层以及表面凹坑等缺陷,采用超声辅助铣削的加工方式分别沿0°、45°、90°、135°四种纤维方向角对CF/PEEK进行实验,并与传统铣削进行对比研究。结果表明:超声辅助铣削与传统铣削相比,切削力更小且加工质量更优。沿90°纤维方向角对试件进行超声辅助铣削,切削力、表面粗糙度和毛刺高度降幅最显著,分别降低了16.79%、28.9%和71.9%。而且在相同的加工参数下,超声辅助铣削与传统铣削相比,能够有效地改善表面凹坑、分层等表面缺陷。

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    • >测试分析
    • 基于声发射的碳纤维复合材料孔出口分层损伤识别

      2023, 53(5):90-96. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.013

      摘要 (231) HTML (312) PDF 2.04 M (1572) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对CFRP钻削制孔加工过程中的孔出口分层缺陷监测问题,本文基于声发射检测技术开展了CFRP钻削孔出口分层损伤识别研究。通过破坏性分层试验提取与分层损伤相关的声发射及轴向力信号的时、频特征,以此作为判断钻削分层损伤的信号依据,并开展钻削试验,结合实际损伤形貌对CFRP层合板的孔出口分层损伤进行识别。研究表明:当产生钻削出口分层损伤时,瞬时钻削轴向力会高于临界轴向力;声发射信号的时域幅值将出现突变,频域信号的中、高频段信号强度也会有明显增加。通过显著的信号时、频特征可对钻削孔出口分层损伤进行有效识别,为实现在线监测、控制CFRP层合板钻削分层损伤的研究提供了思路。

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    • >工程实践
    • CFRP/TC4叠层结构制孔技术对比实验

      2023, 53(5):97-102. DOI: 10.12044/j.issn.1007-2330.2023.05.014

      摘要 (458) HTML (292) PDF 6.87 M (1535) 评论 (0) 收藏

      摘要:因CFRP、TC4材料的物理性能差异较大,导致CFRP/TC4叠层构件切削性能匹配性较差,钻削过程中存在界面损伤、CFRP孔壁损伤难以调控的问题。针对上述问题,本文采用变参数啄式钻削工艺、变参数钻削工艺和恒参数钻削工艺对CFRP/TC4叠层结构进行了制孔实验,并对不同工艺条件下的轴向力、界面质量、TC4的切屑形态、CFRP层孔壁质量进行了对比分析。结果表明:相对于其他两种钻削工艺,在变参数啄式钻削工艺条件下,TC4材料层轴向力明显较高,产生短带状和短螺旋状切屑;CFRP层出口和入口处的孔径更接近于名义孔径,孔壁缺陷较少,表面粗糙度相对较小。

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