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yabo亚博
音量20个,数字 ,请2019年
物品编号 301号
页数 8个
内政部 https://doi.org/10.1051/meca/2019011
在线发布 2019年5月29日

版权所有B.Rosa等人,2019年由EDP科学出版

许可证创意共享
这是一篇开放访问的文章,根据知识共享归属许可证的条款分发。(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0),请允许不受限制的使用,分发,在任何媒介中复制,只要原作被适当引用。

1引言

功能表面(即确保功能的表面)可以是自然的,也可以是工程的。(图1个)。天然纹理表面可以具有各种功能,如疏水性或生物特性。人类指定和制造表面,以获得特定应用所必需的功能(摩擦学,空气动力学减阻,穿……)。有时候,它也值得通过制造过程创造自然启发的表面。Yin等人[1个]已经开发出一种基于自然功能的超疏水表面(例如:水滴在荷叶上滚动,自我清洁的蝴蝶翅膀,超疏水玫瑰花瓣,具有很高的液体粘性……)采用喷砂和化学蚀刻工艺。

本研究显示操作参数设定与最终功能之间的关系。更准确地说,氢氧化钠溶液和刻蚀时间是影响表面多孔性和疏水性能的主要因素。

以自然为灵感的表面基于自然模型,允许将自然功能复制到机械系统中(例如,用于流体力学应用的鲨鱼皮肤纹理)。这些表面通常可以通过各种制造工艺实现。

功能表面的制造需要许多不同领域的知识和技能。选择一个制造工艺和相关的制造参数,导致一个特定的表面光洁度,需要知道许多传统和创新工艺的纹理能力,以及它们的制造参数对表面的影响。

此外,完全控制表面完整性之间的关系,它的保存,工件的功能是必要的。由于地表地形可以用不同的尺度来表征,必须知道表面功能的效率如何随着不同的尺度而发展。在这种情况下,必须注意使用相关振幅评估表面,空间和/或纹理参数。

建立一个能够帮助选择制造功能表面的方法的工具是具有挑战性的,因为它需要建模功能之间的关系,各种应用领域的表面和工艺。一些研究主要集中在表面特征与其功能之间的关系上。[4]其他研究也研究了工艺参数对表面光洁度的影响。[5个7]

还对地形图分类进行了一些研究,但尚未确定与制造工艺的相关性。[8个]这些研究主要包括测量表面及其相关制造工艺和参数的大型数据库,旨在帮助工业企业选择流程。表面参数和工艺参数之间的关系没有实际整合或提出建模。[9]

本文旨在提出通过选择制造工艺及其相关参数来获得特定表面形貌的模型框架。通过实验和统计工具建立起来,模型将建立操作参数和相关表面之间的关系。

同时,为了通过数值制造链保证零件的最终质量,提出了一种集成框架数据库的功能性CAD曲面的概念。

缩略图 图1个

全局表面上下文。

2问题定义

决策工具必须整合过程-表面-功能关系,因此它取决于不同的参数(多尺度表面参数和操作参数),并涉及复杂的数据库。(图二)。

参数之间的关系可以概括为输入/输出系统。输入是表面函数,即零件的规格。输出是制造过程及其相关参数。它涉及到用户知道功能和表面特征之间的关系。

该数据库使用经验和建模方法构建。数据库中集成的几个测量样品,如果其表面特性符合预期结果,将直接提供制造参数。为了增加潜在表面加工参数的频谱,其他制造模式将被整合。

有几种数学方法可以预测操作参数设定所需的表面。比如数值模拟[10个]或统计工具[11个]

数值模拟是基于物理现象方程。不需要创建测量数据库。所有的预测都是基于物理现象而非边界测量数据。然而,计算时间非常重要,往往会限制其使用。对于激光工艺,关于热演化的金属流动现象的模拟是复杂的,即使是小面积的计算次数也很难有效利用。然而,对于传统工艺,如铣削工艺,一些研究提出了一个关于操作参数的最终表面的鲁棒模拟。[12个]方法的选择将取决于制造过程的物理原理。

计算时间短,统计方法在工业环境中更合适。人工神经网络在建模和预测方面具有较高的效率和优势。[13]然而,人工神经网络的结果是一个“黑匣子”模型,往往限制了对结果的解释和研究系统的知识。

为了减少计算时间,也可以实现多项式回归方法。[14]这个数学工具可以直观地表示制造过程的行为,并帮助提高对它的理解。出于这些原因,本研究采用回归分析法。

缩略图 图二

数据库的概念架构。

3调查方法

3.1数据库概念的分解

为了找到与表面功能有关的最佳加工参数,提出了一种基于数据库分解的方法论。(图三)。数据库分为三部分。第一部分是通过基于实验的统计方法对制造过程和相关表面之间的关系进行建模。这些模型能够根据某些制造过程的操作参数识别表面纹理。该建模部分引出了第一个有组织的框架,旨在提出与所需表面纹理相关的制造工艺。该框架基于操作参数模型。

第二部分是对表面和功能之间的关系进行建模,同样引出了将表面与功能连接起来的第二个框架。

第三部分是结合前两个框架的最终框架的定义,包括制造工艺和相关操作参数——多尺度表面——功能。

多尺度方法允许分析每个可用尺度下的表面测量值,测量表面时(选择X轴和Y轴间距),在上游形成最佳比例限制。作者开发了一种找到最佳相关标度的方法,并在14摩擦学过程中测试了三种多标度方法(归一化高斯滤波,离散小波变换和最近的离散模态分解)[15个]

基本原则是X多尺度分解方法P传球(高传,低通和带通滤波开启E天平)在测量的每个表面C给出一个图的所研究过程的结构X,请P,请E,请,请C),请X_X,请P_P,请E_E,请_,请C_C.从每个地图X,请P,请E,请,请C),请计算粗糙度参数R,请X,请P,请E,请,请C)。让F,请C)是一个(或多个)表面功能具有配置的刀具表面C这一过程。让ψ是从集合中提取的函数 ψ 给出了粗糙度参数之间的可能关系功能Fχ另一个功能(χ_ χ )给出了粗糙度参数之间的可能关系以及C配置过程(结构)。注意完成选定模型相关性的标准化功能。所以,搜索相关粗糙度参数是为了解决以下优化问题:

查找( 选择,请X 选择,请P 选择,请E 选择,请C 选择,请χ 选择,请ψ 选择)这样的最大值{α完成 ψ ,请X,请P,请E,请C,请ψ))+(1-α完成''( χ ,请X,请P,请E,请C,请χ))},请α[0,1]。

如果α=1然后粗糙度参数(在其最佳多尺度分解时)表征了表面形貌和功能性之间的关系。[16]

如果α=0然后粗糙度参数(在其最佳多尺度分解时)表征了制造工艺参数与表面形貌之间的关系。[17]

否则,α表示曲面功能之间的折衷(α大)和表面纹理(α小)[18,请19]

建议的研究重点是针对三种不同制造工艺的相关表面的操作参数建模,以及创建第一个基于模型的框架。

缩略图 图三

数据库分解方法。

3.2实验

本研究以实验为基础,重点研究三种制造工艺:电火花加工(EDM)。水射流加工(WJM)和激光熔覆(LC)。实验考虑了每个过程的操作参数变化,如表1.对于EDM,实验过程中未掌握操作参数。电火花加工机床的界面不允许操作参数变化,但作为一个全局参数,给出了一个假定可实现的粗糙度平均值。对于这种特殊情况,因此,表面粗糙度是输入数据。研究了WJM的偏移参数。偏移参数是水射流焦点与加工表面之间的距离。偏移参数影响射流应变及其分布密度。在激光熔覆的情况下,研究了激光跟踪步骤。激光跟踪台阶(TS )是两个堆积物料轨道之间的距离。一个TS 等于0表示建筑材料墙。

表1

实验过程和操作参数范围。

3.3表面特征

表面纹理影响表面功能。为了了解和控制激光熔覆表面,25178标准ISO[20个]参数用于描述第一级纹理:战略研究参数。基于自相关,战略研究参数,纹理纵横比,是表面纹理的空间各向同性或方向性的度量。(图4)。对于定向铺设的表面,这个战略研究参数趋向于0,而空间各向同性纹理导致战略研究第页,共1页。

缩略图 图4

表面形貌(左)和相关的表面纹理各向同性(右)获得自相关。

4个结果

4.1放电过程建模

对于EDM过程,运行参数的变化不影响战略研究参数值。全球地,得到的表面是各向异性的(图5个)。这种现象是由过程的物理原理直接引起的。在此过程中,放电均匀地分布在电极表面。每次放电都会产生材料的升华和融合。(图6)它均匀地分布在处理过的表面上,最终倾向于创建一个各向异性的纹理。在这种情况下,电火花加工不允许获得定向表面纹理。

缩略图 图5个

有关表面纹理的EDM操作参数行为(战略研究参数)。

缩略图 图6

电火花加工一次放电的影响。

4.2水射流加工工艺

对于WJM过程,偏移参数的变化对表面纹理各向同性的影响(图7)。模型行为表明,增加偏移参数值倾向于增加战略研究参数和创建各向异性表面纹理。该模型与实验数据的相关性为96%。全球地,水射流加工工艺可以创造战略研究位于0.4和1之间。减小偏移参数值会增加水射流应变。在这种情况下,一些材料被移除,这些材料倾向于在表面上形成一些与路径方向相关的定向槽。同时,补偿参数值的增大有利于减小水射流应变。在这种情况下,去除的材料减少,没有形成凹槽。偏移量的增加倾向于创建一个像喷砂表面一样的定向纹理。

缩略图 图7

关于表面纹理的WJM操作参数建模(战略研究参数)。

4.3激光熔覆工艺建模

对于激光熔覆工艺,激光跟踪步骤可以创建具有战略研究值低于0.7。该模型与实验数据具有良好的相关性。全球地,激光跟踪阶跃的减小有增加激光跟踪精度的趋势。战略研究参数。这种现象是由沉积材料的叠加引起的,这种叠加倾向于影响纹理方向。(图8个)。在0.5激光轨迹步进值下,纹理只是方向性的。在这种情况下,没有物料存放轨道重叠,纹理相对于路径方向是定向的。

缩略图 图8个

关于表面纹理的LC操作参数建模(战略研究参数)。

4.4制造过程选择模型框架

关于运行参数模型,可以定义模型框架(图9)。建议的框架允许识别与所需表面纹理有关的最相关的过程。同时,此框架图允许选择操作参数及其设置,以确保所需的表面纹理各向同性。

根据图表的框架,放电加工和水射流加工都能获得相同的纹理各向异性。激光熔覆和水射流加工能够获得相同的表面纹理战略研究介于0.8和0.4之间。在工业环境中,可以确定特定表面纹理的最便宜工艺。同时,通过选择实际可行的制造手段,可以提高制造过程的计划性。这种工具的提出能够根据表面纹理提高生产效率和确定制造工艺。

缩略图 图9

用于选择表面各向同性的制造工艺和操作参数的模型框架。

5面向面函数集成的CAD/CAM系统

这项工作的最终目标是建立一个表面功能集成的CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)系统,它依赖于一个开放源码的过程和功能数据库。(图10个)。现在,虽然表面参数可以在零件详图中指定,但它们不提供有关预期功能的信息。关于制造过程,确定操作参数值主要是通过实验实现的,如果很少使用模型来保证表面光洁度,它们都没有考虑到表面的最终功能。

提出的概念将具有与制造操作参数相关的表面光洁度模型和与功能相关的表面光洁度模型。它将允许就预期功能定义适当的制造工艺及其操作参数。由于可以通过不同的制造方法获得特定的表面光洁度,表面功能集成的CAD/CAM系统将为用户提供一套可供选择的过程,也可以处理多个过程的方法。所有制造数据将整合到从CAD文件到制造过程的数字链中。

缩略图 图10个

基于数据库的功能性CAD概念。

6结论及进一步研究

本文主要研究制造过程的表面分类。基于实验,针对不同的加工工艺,提出了与织构各向同性有关的操作参数模型。所得模型与实验数据有很好的相关性,提高了对操作参数行为的认识。因此,发布的分yabo亚博类能够确定制造过程,从而获得所需的表面纹理,以保证表面功能。在本研究范围内,可以得出一些结论:

  • DMD过程可以获得各向异性的纹理战略研究位于1附近;

  • wjm进程启用以获取战略研究通过选择适当的偏移操作参数值,位于0.4和1之间;

  • LC过程使能获得战略研究通过选择适当的激光轨迹步进运行参数值,使其处于0~0.7之间;

  • 一些制造工艺可以获得相同的纹理各向同性;

  • 建议的框架允许确定关于表面纹理的最适当的过程,成本和可用性。

进一步的研究将集中在其他制造过程的整合上,与所研究过程及其相互作用相关的其他操作参数。的确,正直,必须考虑纹理表面的其他尺度和功能。

确认

作者要感谢公关。南特中央医院的Jean Yves Hasco_t,用于激光熔覆机,吉勒斯·卡宾(Gilles Carabin)来自南特中央大学(Cole Centrale de Nantes)和雷恩大学(University of Rennes)的法比恩·布兰切特(Fabienne Blanchet),他们的技术专长很强。

工具书类

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将本文引用为:b.罗莎,M.大鱼,A.布赖恩特,S.采样器,用于选择表面地形图的制造工艺和相关参数的模型框架,yabo亚博机械与工业20个,请301(2019年)

所有表

表1

实验过程和操作参数范围。

所有数字

缩略图 图1个

全局表面上下文。

在文本中
缩略图 图二

数据库的概念架构。

在文本中
缩略图 图三

数据库分解方法。

在文本中
缩略图 图4

表面形貌(左)和相关的表面纹理各向同性(右)获得自相关。

在文本中
缩略图 图5个

有关表面纹理的EDM操作参数行为(战略研究参数)。

在文本中
缩略图 图6

电火花加工一次放电的影响。

在文本中
缩略图 图7

关于表面纹理的WJM操作参数建模(战略研究参数)。

在文本中
缩略图 图8个

关于表面纹理的LC操作参数建模(战略研究参数)。

在文本中
缩略图 图9

用于选择表面各向同性的制造工艺和操作参数的模型框架。

在文本中
缩略图 图10个

基于数据库的功能性CAD概念。

在文本中

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