航空制造技术

专稿

  • 搅拌摩擦增材制造的微观结构-力学性能一体化数值模拟

    张昭;谭治军;李健宇;祖宇飞;

    搅拌摩擦增材制造技术是在搅拌摩擦焊接的基础上发展起来的一种新型固态增材制造技术。针对搅拌摩擦增材制造技术中的重新搅拌和重新加热问题,采用试验和数据方法进行分析,通过Monte Carlo模型计算微观结构演化,通过析出相演化模型计算析出相分布,并进一步计算不同增材层之间的硬度分布,通过与试验测量数据的比较验证了模型的正确性。结果显示,不同增材层之间的晶粒大小和形貌由于重搅拌和重加热的作用而存在差异,同时,温度曲线的变化使粒子数和平均半径发生变化,进而导致力学性能出现差异。在试验验证的基础上,通过数值模拟解释了差异产生的具体机理。

    2019年Z1期 v.62 14-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 3090K]

封面文章

  • 可控变形复合材料结构4D打印

    田小永;王清瑞;李涤尘;卢秉恒;

    4D打印技术是一种采用3D打印工艺方法实现具有对外界刺激响应功能、可变形状或性能的智能结构增材制造技术。综述了4D打印技术的基本工艺方法,如形状记忆材料4D打印、仿生复合材料结构4D打印、外场驱动智能结构4D打印等;分析了现有4D打印技术在变形过程不连续、制备难度较大、难以实现变形过程可控等方面存在的问题;提出了连续纤维增强复合材料的4D打印策略,展示了任意可展曲面结构的设计与4D打印流程;分析了4D打印技术未来在航空航天、生物医疗及软体机器人等领域的潜在应用价值。

    2019年Z1期 v.62 20-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 3917K]

论坛_增材制造

  • 超材料结构增材制造技术及其应用研究进展

    梁庆宣;杨贞;何锦;江子杰;陈天宁;李涤尘;

    超材料结构因具有精确操控电磁波/声波的相位、传播模式等特性而在军事隐形及伪装、通讯、国防安全及医学成像等方面有着重要的科学研究价值和广泛的应用前景,它的研究是近年国际学术界和工程界研究的热点之一。总体来说,国内外超材料结构的研究极大地促使超材料结构器件向轻薄化、宽频带及高性能的实用化方向发展,但制造技术与电磁、声学、物理、材料等学科的交叉亟待加强,需要加速探索超材料结构研究向大规模制造跨越的实现途径,推动其快速向应用化方向发展。本文梳理了增材制造工艺在超材料结构制造中的应用现状,讨论了超材料结构功能器件方面的研究进展,并对今后超材料结构研究的发展趋势进行了探讨和展望。

    2019年Z1期 v.62 30-37+63页 [查看摘要][在线阅读][下载 4085K]
  • 电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术及应用

    兰红波;赵佳伟;钱垒;许权;周贺飞;

    微纳尺度3D打印是增材制造的前沿和研究热点,在航空航天、组织工程、生物医疗、微纳机电系统、新材料(超材料、轻量化材料、智能材料、复合材料)、新能源、柔性电子、印刷电子、结构电子、微纳光学器件、微流控器件、可穿戴电子产品、软体机器人等诸多领域和行业有着非常广泛的应用。介绍了课题组近年提出并建立的一种微纳尺度增材制造新工艺——电场驱动喷射沉积微纳3D打印,并论述了近年研究进展和取得的重要成果,介绍了5个工程应用案例。电场驱动喷射沉积微纳3D打印为微纳尺度3D打印和微纳制造提供了一种全新的解决方案,具有良好的工业化应用前景。

    2019年Z1期 v.62 38-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 4240K]
  • 电子束选区熔化成形技术及应用

    冉江涛;赵鸿;高华兵;果春焕;王建东;张群;姜风春;

    电子束选区熔化成形技术是一种以电子束为热源的金属材料增材制造技术,可成形具有复杂形状的高性能金属零部件,在航空航天、生物医疗、汽车制造等领域有着广阔的应用前景。简要介绍了电子束选区熔化成形技术的基本原理,综述了不同粉末材料电子束选区熔化成形组织与性能研究现状、电子束选区熔化成形过程数值模拟方法、电子束选区熔化成形技术的应用,最后指出改进技术迫切需要解决的问题并展望其未来发展趋势。

    2019年Z1期 v.62 46-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 5413K]
  • 4043铝合金电弧增材冷约束组织特征研究

    刘一搏;靳鹏;王建峰;李军兆;李长光;李子岩;孙清洁;

    采用强冷约束辅助电弧增材方法制造4043铝合金薄壁墙体,并对薄壁试样的宏观成型及组织特征进行研究。结果表明,使用强冷约束装置后试样垂直度提高,表面成形精度得到明显改善;平均晶粒尺寸由不加强冷约束时的25μm减小为12μm,晶粒得到明显细化;施加约束后4043铝合金侧壁直接与约束装置接触,使得侧壁散热速度加快,侧壁产生胞状组织,中心为柱状组织且与增材方向呈一定角度生长。薄壁墙体底部到顶部硬度呈现递减规律,硬度平均值由不加约束时的48HV提高到58HV;横向晶粒分布为两侧呈胞状组织,中心区域为柱状组织,中心区域硬度比两侧低。

    2019年Z1期 v.62 58-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 2661K]
  • 扫描策略对选区激光熔化零件微观组织的影响

    赵雪;贺可太;李怀学;

    针对316L不锈钢粉末选区激光熔化(SLM)过程,综合考虑了材料随温度变化的热物理属性及相变潜热的影响,开发了单层多道的三维温度场计算模型,模拟了不同扫描策略下熔池形态及温度场的分布,并与试验测量结果相比较,对比分析了不同扫描路径对零件微观组织的影响。仿真结果表明,随着扫描道的增加,熔道的最高温度有小幅度升高。通过试验观察,熔池内包含有大量柱状晶,沿着最大温度梯度方向竖直生长。另外,微观组织缺陷更易出现在热量累积及应力集中的扫描岛屿间的交界处,并且,扫描策略影响零件的微观组织及显微硬度,回形扫描方式较回形岛式扫描的晶粒细小,显微硬度高。

    2019年Z1期 v.62 64-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 4382K]
  • FGH96激光熔化沉积成形过程对组织与性能的影响

    刘帅;张雪;于海鑫;刘常升;

    FGH96镍基粉末高温合金可作为航空发动机高性能涡轮盘的理想材料。采用4种不同扫描方式分别对FGH96进行激光熔化沉积。主要研究了不同扫描方式对FGH96沉积态的组织和性能的影响。结果表明,沉积层的微观形貌主要为外延生长的柱状晶,平行扫描方式均发现有微裂纹产生,而往复扫描方式并未出现开裂现象。成形零件的显微组织主要由固溶体基体相、Laves相和碳化物组成。采用层间相同平行往复方式所得的成形件具有较大的表面硬度,平均值为389.3HV0.2。成形件具有优良的力学性能,断裂方式均为塑性断裂,采用层间相同平行往复方式可得到1065.29MPa的抗拉强度、28.17%的延伸率。

    2019年Z1期 v.62 72-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 3025K]

走进科研

  • 创新前沿科技 服务国家发展——走进机械制造系统工程国家重点实验室

    海山;

    机械制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际科技竞争的重点。作为我国机械工程领域科技创新的重要载体,机械制造系统工程国家重点实验室1995年通过国家验收,依托西安交通大学机械制造及自动化、系统工程和管理工程3个国家重点学科共同建设运行。近年来,实验室围绕机械制造系统工程的前沿方向和国家需求,重点在增材制造、微纳制造、生物制造等方面开展了具有学科交叉特色的研究工作。同时结合国家科技重大专项"高档数控机床与基础制造装备"计划,发展高速高效加工、高性能精密测量、高精度装配等技术,支撑我国装备制造技术的提升。机械制造系统工程国家重点实验室学术团队强大,创新能力强,相关基础研究和工程应用形成了鲜明的发展特色。

    2019年Z1期 v.62 80-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1836K]

研究论文

  • 基于遗传算法的飞机弱刚性件夹持方案优化设计

    李西宁;王悦舜;李玉华;王守川;

    针对飞机装配过程中零件刚度弱、易变形的特点,提出了一种基于遗传算法的飞机弱刚性薄壁件夹持方案优化方法。该方法以自重等外载引起的薄壁件最大变形量最小为目标,建立夹持布局和夹紧顺序同步优化模型,通过有限元仿真获得夹持方案下薄壁件最大变形量,利用遗传算法和有限元批处理技术实现优化模型求解。以飞机典型零件长桁为例,验证了该方法的可行性和有效性。

    2019年Z1期 v.62 82-86+94页 [查看摘要][在线阅读][下载 2136K]
  • 五轴联动机床运动轴位置信息高频率高精度实时采集

    程英豪;李迎光;郝小忠;刘长青;张博文;

    高频率高精度的机床运动轴位置信息可用于精确地拟合出机床的加工轨迹,是机床动态误差监测、动态加工精度评估的基础。针对加工过程中机床运动轴位置信息高频率、高精度采集的难题,提出一种五轴联动机床运动轴位置信息高频率高精度实时采集方法。基于机床伺服系统位置环信号采集与分析获取高频原始位置信息,将高频原始位置信息转换为坐标值后进行线性误差补偿和考虑回转误差的齐次运动学变换,最终得到工件坐标系下刀位点坐标形式的高频率、高精度的机床运动轴位置信息。在一台配置西门子840Dsl系统的DMU 80P五轴数控机床上对采集方法进行验证,试验结果表明五轴同步采集频率达到1kHz;相对于机床静态定位精度,线性轴采集精度达到±2μm,旋转轴采集精度达到±0.0025°。

    2019年Z1期 v.62 87-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 2515K]
  • 雷达用高深宽比金属铜微通道散热器的制作

    李晓军;吕辉;朱和卿;赵雯;杜立群;

    基于电化学沉积技术在金属基底上制作了一种雷达用金属铜微通道散热器。针对使用高黏度SU–8胶制作高厚度胶膜时产生的胶厚不均匀问题,采用研磨抛光工艺处理未曝光的胶膜,提高了胶厚均匀性,成功解决了由于空气间隙大带来的尺寸偏差。提出了一种在曝光显影前利用折射率计算胶厚的方法,并通过最小二乘法确定了SU–8胶对钠黄光的折射率。针对高深宽比SU–8胶膜因曝光剂量选择不合适导致制作失败的问题,通过光刻试验分析了曝光剂量对胶膜质量的影响,确定了最优的曝光剂量为640mJ/cm2。在上述工艺和试验的基础上得到了质量良好的SU–8胶膜,并制作出了一种线宽50μm、高度大于250μm、深宽比大于5的金属铜微通道散热器,验证了该制作工艺的有效性。

    2019年Z1期 v.62 95-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1867K]
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