面向能耗特征的螺纹绿色多刃硬态干式切削工艺性能协同机理及优化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51575072
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0510.制造系统与智能化
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Multi-cutter hard-dry cutting of screw thread is a typical green machining processes with complex machining characteristics, such as time-varied interrupted cutting, multi-cutter incremental cutting with coupling motions, thermo-mechanical coupling dry cutting. At present, the researches on cutting mechanism and performance of machining screw are still inadequate, especially few researches focusing on energy-smart machining process performance synergies. Considering the complex machining characteristics of multi-cutter hard-dry cutting screw, this project will study machining energy and machining performance based on three aspects of cutting mechanisms. These cutting mechanisms include material removal force mechanism for time-varied interrupted cutting process, geometric forming mechanism for multi-cutter incremental coupling motions, and heat-transfer and losses mechanism for thermo-mechanical coupling cutting. Futhermore, the mapping relations among cutting factors, machining energy and performace will be established quantitatively. Based on the quantitative relations, energy-smart machining process performance synergies will be futher researched from three aspects of geometric-force-thermo cutting mechanisms. The above researches will improve fundamental theories of hard-dry cutting processes, benefit to develop good-quality and environmentally-benign machining processes of screw thread, and have an extensive application especially in batch production of large-size screw. Addtionally, the research methodology can also be extended to other energy-saving machining processes, and provide valuable therical reference.
螺纹多刃硬态干式切削是一种典型的绿色制造工艺,具有时变断续冲击、多刃渐进成形、强热力耦合干式切削等特点,目前对此复杂工况的螺纹切削机理及工艺性能的研究还远不够深入,尤其在加工能耗特征及其与工艺性能协同机理的研究几乎空白。本项目将紧密结合螺纹多刃硬态干式切削的特殊性,从时变断续切削过程的材料去除力学机理、多刃渐进运动过程的几何成形机理和热力强时空耦合的热传递耗散机理三方面,研究螺纹切削过程的工艺性能(几何形貌/残余应力/金相组织等)和能耗特征(材料去除切削能耗特征/尺寸效应能耗特征/干式切削能量耗散特征等);探索工艺参量与工艺性能、能耗特征间的映射关系;进而建立几何-力-热多维度耦合的能耗特征与工艺性能间的协同优化机制。研究成果将进一步完善硬态干式切削工艺基础理论,为绿色高效的螺纹加工提供理论支持,尤其在大型丝杠批量生产中具有广阔应用前景,研究方法亦可为其他制造工艺节能优化研究提供理论参考。

结项摘要

螺纹硬态干式切削工艺消除了传统螺纹加工过程中导致严重环境污染的冷却液的使用,是一种适用于螺纹丝杠批量生产的典型绿色切削加工工艺,在高档精密数控机床行业乃至大型装备制造业的高品质螺纹成形加工中有着广阔的应用前景。本项目将紧密结合螺纹多刃硬态干式切削的特殊性,解决时变断续切削过程的材料去除力学机理、多刃渐进运动过程的几何成形机理和热力强时空耦合的热传递耗散机理建模关键科学问题。.本项目研究了螺纹切削材料去除能耗及其与工艺性能协同机理,研究内容包括:1、螺纹切削过程的力学建模及切削能耗评价;2、螺纹切削过程的表面三维几何形貌和切屑成形仿真;3、螺纹切削过程刀具-工件-切屑系统热传递机理解析;4、螺纹切削工艺能耗与工艺性能协同的协同优化。.项目执行中,建立了基于拉格朗日方程的螺纹高速切削过程动力学模型,解决了螺纹切削过程中工件振动预测问题;建立了时变断续激励作用下的瞬态切削力模型及材料去除切削能耗模型,揭示了切削工艺参量与材料去除切削比能的映射关系。建立了螺纹滚道表面的走刀轨迹包络面的三维刀具运动模型,揭示了多刃渐进螺纹切削几何成形机理,用于预测螺纹工件滚道各位置的表面几何形貌。揭示螺纹切削系统切削区的热分布和热传递规律,构建了刀具-工件-切屑系统热传递机理解析模型。揭示了螺纹加工工艺能耗与加工效率、表面质量与加工效率、工件温度与表面形貌和切削比能与工艺性能的协同机制,用以识别和优选高能效、高品质螺纹切削工艺边界。.以上成果发表及录用SCI/EI论文12篇,其中SCI一、二区5篇;完成绿色制造理论系列丛书之一《机械加工过程能耗建模和优化方法》(审校阶段)1部;授权发明专利2项,公开1项;项目获教育部自然科学奖二等奖1项。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(2)
专利数量(3)
An analytical model for predicting specific cutting energy in whirling milling process
预测旋风铣削加工中比切削能的分析模型
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2019.118181
  • 发表时间:
    2019-12-10
  • 期刊:
    JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    He, Yan;Wang, Lexiang;Hao, Chuanpeng
  • 通讯作者:
    Hao, Chuanpeng
Analytical modeling of material removal mechanism in dry whirling milling process considering geometry, kinematics and mechanics
考虑几何、运动学和力学的干式旋风铣削过程中材料去除机制的分析建模
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2020.105419
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    International Journal of Mechanical Sciences
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Wangle Lexiang;He Yan;Wang Yulin;Li Yufeng;Liu Chao;Wang Shilong;Wang Yan
  • 通讯作者:
    Wang Yan
Analytical modeling of temperature distribution in lead-screw whirling milling considering the transient un-deformed chip geometry
考虑瞬态未变形切屑几何形状的丝杠旋风铣削温度分布分析模型
  • DOI:
    10.1016/j.ijmecsci.2019.05.008
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCES
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    He, Yan;Liu, Chao;Wang, Yan
  • 通讯作者:
    Wang, Yan
Modeling and optimization of dynamic performances of large-scale lead screws whirl milling with multi-point variable constraints
多点变量约束大型丝杠旋风铣动态性能建模与优化
  • DOI:
    10.1016/j.jmatprotec.2019.116392
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Materials Processing Technology
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Wang Yulin;Yin Chen;Li Li;Zha Wenbin;Pu Xiaonan;Wang Yan;Wang Jianxiu;He Yan
  • 通讯作者:
    He Yan
基于时变热源的丝杠旋风铣削瞬态温度建模方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何彦;刘超;李育锋;王乐祥;王禹林
  • 通讯作者:
    王禹林

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其他文献

从社交网络到地理网络——基于南京市高校新浪微博用户的分析
  • DOI:
    10.15957/j.cnki.jjdl.2020.04.010
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    经济地理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴晓;王凌瑾;宁昱西;何彦
  • 通讯作者:
    何彦
A Metropolitan Spatial Structure Analysis based on the Identification of Commuting Zones:with the City of Nanjing as an Example
基于通勤区识别的都市空间结构分析——以南京市为例
  • DOI:
    10.1016/j.foar.2022.10.002
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers of Architectural Research
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    何彦;吴晓;王凌瑾
  • 通讯作者:
    王凌瑾
迁居对家庭日常活动—出行行为交互机理的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 作者:
    何保红;何彦;刘阳;李镇辉
  • 通讯作者:
    李镇辉
迁居对家庭日常活动-出行交互机理的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    通运输系统工程与信息
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何保红;何彦
  • 通讯作者:
    何彦
迁居居民活动—出行行为选择机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    交通运输系统工程与信息
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何保红;何彦;王雨佳;张翔
  • 通讯作者:
    张翔

其他文献

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何彦的其他基金

工艺机理与监测数据混合驱动的轻质合金材料低碳加工性能协同优化调控方法
  • 批准号:
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  • 项目类别:
    面上项目
车间制造系统多能耗特征建模及任务节能优化配置方法研究
  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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