增減材復(fù)合制造能量輸入對零件材料性能的影響研究項目摘要

本項目對增減材復(fù)合制造(A/SHM)中的零件控形控性方法進(jìn)行研究，提出控制增材制造和減材加工中的能量輸入以保證A/SHM零件精度和性能的新思路，研究A/SHM工藝參數(shù)對零件材料性能的作用規(guī)律，為A/SHM一體化制造技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)。研究在A/SHM制造馬氏體時效鋼零件過程中，增材制造和減材加工的復(fù)合工藝對缺陷、熱應(yīng)力及零件表面完整性的影響規(guī)律。通過增材制造實驗和理論分析，建立增材制造熱力耦合數(shù)值模型，研究激光輸入能量密度對缺陷和熱應(yīng)力的影響，為確定減材加工區(qū)域提供依據(jù)。在增材余熱條件下對馬氏體時效鋼進(jìn)行干切削，研究余熱溫度和工藝參數(shù)對切削力、切削熱和零件表面完整性的影響，從而確定切削工件容許溫度。對A/SHM工藝路徑進(jìn)行規(guī)劃，根據(jù)實時檢測的工件溫度，優(yōu)化A/SHM的能量輸入，確定減材加工的區(qū)域和時機(jī)。該項目對促進(jìn)A/SHM制造技術(shù)在航空航天、汽車和模具制造領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

增材減材制造(Additive/Subtractive Hybrid Manufacturing, A/SHM)結(jié)合了增材和減材兩種工藝，既可以通過控制增材工藝參數(shù)成形復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)并對零件晶粒組織進(jìn)行一定調(diào)控，又可以通過減材工藝保證零件的精度和表面質(zhì)量，適用于制造復(fù)雜幾何特征的零件，在航空、航天、汽車等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。本項目針對激光增材制造工藝中存在缺陷的問題，研究了成形件內(nèi)部缺陷產(chǎn)生規(guī)律，利用多元線性回歸方法建立了孔隙度與工藝參數(shù)之間的關(guān)系模型，其相關(guān)系數(shù)達(dá)93.04%，并開發(fā)了增材制造缺陷數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。提出耦合粉末尺度下的鋪粉模型、中尺度下的溫度場模型和粉末尺度下的熔池流體力學(xué)模型的多尺度建模方法，研究了不同粗糙度底面導(dǎo)致的熔道形貌和熔池流動行為，結(jié)果顯示增材表面粉末更密實，但其潤濕性更差，更易產(chǎn)生球化效應(yīng)。建立了FEM-CA-MC模型，成功模擬出增材制造過程中重熔和固態(tài)晶粒粗化現(xiàn)象，基于該機(jī)理和模型預(yù)測結(jié)果設(shè)計了晶粒組織調(diào)控工藝實驗，可以實現(xiàn)對單道多層LENS增材工件晶粒形態(tài)及尺寸一定程度的調(diào)控。本項目提出了將渦流檢測(Eddy Current Detection, ECD)與A/SHM工藝相結(jié)合的制造及缺陷檢測方法，確定了最佳激勵頻率為100kHz，隨著增材余溫的增加，信號電抗值近線性增加，且隨著缺陷尺寸的增加ECD信號強(qiáng)度增加，證實了利用渦流進(jìn)行缺陷檢測的可行性。針對實際銑削過程中出現(xiàn)的刀具磨損形貌，建立了基于磨粒、粘結(jié)、擴(kuò)散磨損機(jī)理及熱力耦合作用的正反饋Simulink仿真模型，對銑刀后刀面磨損帶長度進(jìn)行了定量預(yù)測，整體預(yù)測誤差在22%以下。A/SHM工件殘余應(yīng)力是增材和減材工藝共同作用的結(jié)果, 初始增材殘余應(yīng)力在近表面深度范圍均為拉應(yīng)力，側(cè)銑主要受后刀面犁耕作用影響，在加工表面引入壓應(yīng)力；隨著徑向切深的增加，銑削殘余壓應(yīng)力逐漸增加，當(dāng)銑削引入殘余壓應(yīng)力足夠大時，可以將A/SHM工件表面整體殘余應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。本項目結(jié)合實驗與仿真研究了增材過程中缺陷產(chǎn)生的原因，并集成渦流檢測技術(shù)到A/SHM工藝中，將缺陷檢測與去除結(jié)合起來，為增材制造獲得高精度，高質(zhì)量的工件提供理論指導(dǎo)。 2100433B

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不同材料影響有所不同。鋯合金在輻照后屈服強(qiáng)度會升高，而延伸率下降。輻照使強(qiáng)度和延性發(fā)生變化的程度取決于溫度和輻照劑量。輻照強(qiáng)化隨中子注量增加顯著增大，而由于溫度升高又使其減小。在這一對相反的效應(yīng)中輻照強(qiáng)化具有決定性的作用。一般認(rèn)為強(qiáng)度變化大致在快中子注量為10~10n/cm時趨向飽和；而延性值在快中子注量為3×10~1×10n/cm時達(dá)到飽和；總伸長約在快中子注量為5×10n/cm時達(dá)到飽和。此外，輻照對鋯合金的蠕變性能也有顯著影響?？偟内厔菔侨渥兯俾释蓴?shù)量級增加。

鐵素體鋼（碳鋼、低合金鋼等）輻照一般使鐵素體鋼材抗拉強(qiáng)度略有升高，塑性下降，延伸率下降最顯著，而斷面收縮率下降較少。輻照對這類鋼最重要的影響是韌性降低，無延性轉(zhuǎn)變溫度增高，這對這類鋼用于反應(yīng)堆壓力容器是極不利的。為了改進(jìn)這類鋼的使用，除改善這類鋼的組織，使鋼中的雜質(zhì)和氣體含量減少、組織均勻外，尤其是要對Cu、Ni、P三種元素進(jìn)行控制。一般要求核容器用鋼中的Cu含量應(yīng)低于0.1%。Ni對抗輻照性能影響較大，因此在合金中除必需的合金元素成分外，減少Ni的含量對核容器鋼是有利的。此外，對核容器鋼P、S要盡可能減少，推薦P含量低于0.012%，S含量低于0.015%。

輻照對石墨的影響。輻照會引起石墨抗壓和抗彎強(qiáng)度增加，熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率降低。輻照會加快石墨的蠕變。石墨在輻照時，在尺寸上也會發(fā)生各向異性的變化。在輻照溫度很高時，會有足夠的移動能力使原子的位移回到平衡位置。輻照對石墨的效應(yīng)主要是潛能：在低溫輻照時產(chǎn)生的原子位移會使石墨中積聚大量能量。這個能量在石墨加熱到500℃以上時，由于位移原子復(fù)位而釋放出來。當(dāng)輻照中子注量達(dá)到10n/cm時，潛能可達(dá)到150J/g。如果這些能量突然釋放出來，將燒壞堆內(nèi)構(gòu)件。保持石墨工作溫度在500℃以上（例如高溫氣冷堆）可避免這種輻照的破壞效應(yīng)。2100433B

自助服務(wù)技術(shù)的出現(xiàn)從根本上改變了服務(wù)傳遞者和顧客之間的關(guān)系，現(xiàn)有關(guān)系營銷理論需要進(jìn)一步評估自助服務(wù)技術(shù)的使用對顧客和服務(wù)企業(yè)長期關(guān)系的影響（Curran等2003），雖然近年來有少量關(guān)于技術(shù)對企業(yè)之間關(guān)系的影響研究，但對企業(yè)和最終消費者之間關(guān)系的研究相對較少。本研究旨在揭示自助服務(wù)技術(shù)的使用對關(guān)系質(zhì)量的影響及其機(jī)理，并解釋消費者自助服務(wù)技術(shù)的不同使用行為的原因，并在兩個主要研究目標(biāo)的基礎(chǔ)上，從企業(yè)視角探查自助服務(wù)技術(shù)質(zhì)量的構(gòu)成及其影響因素。 研究一關(guān)注自助服務(wù)技術(shù)的使用對關(guān)系質(zhì)量（維持）的影響及機(jī)理，研究表明：1. 使用行為可分為使用頻率和多樣性；關(guān)系維持可操作為關(guān)系穩(wěn)定和發(fā)展。其中，關(guān)系穩(wěn)定可分為持續(xù)使用意愿和轉(zhuǎn)換意愿；關(guān)系發(fā)展可分為存款金額增加和溢價支付意愿。2. 使用頻率通過主動意愿機(jī)制的兩個變量，感知有用性和感知自我效能對關(guān)系維持（維持）產(chǎn)生影響，并且使用頻率對關(guān)系維持既有正向影響（0.3138）也有負(fù)向影響（-0.4208），且負(fù)向影響大于正向影響。3. 使用多樣性通過約束機(jī)制變量，即感知依賴對關(guān)系質(zhì)量（維持）產(chǎn)生較大的正向影響（0.9）。研究結(jié)果說明，從顧客使用行為作為出發(fā)點，可以較高的預(yù)測企業(yè)和顧客之間的關(guān)系，突破以往從顧客認(rèn)知和情感再到行為（意愿）的研究范式。 研究二重點研究消費者自助服務(wù)技術(shù)的不同使用行為的原因。研究以顧客價值和偏好理論為出發(fā)點，通過消費者訪談、顧客價值層級的劃分及最終的問卷調(diào)查，論證并檢驗功效性價值以偏好為中介對使用頻率和使用多樣性的影響。研究結(jié)果表明，感知易用性，感知便利，感知控制，感知風(fēng)險和技術(shù)焦慮作為功效性價值通過偏好對消費者的自助服務(wù)技術(shù)使用行為產(chǎn)生影響，數(shù)據(jù)分析結(jié)果說明，這五個功效性價值因素能解釋偏好的65%，同時偏好作為中介變量，分別能解釋使用頻率和使用多樣性的23%和20%。 研究三關(guān)注自助服務(wù)技術(shù)質(zhì)量、自助服務(wù)技術(shù)質(zhì)量對企業(yè)績效的影響和企業(yè)內(nèi)部影響自助服務(wù)技術(shù)質(zhì)量的因素。研究界定自助服務(wù)技術(shù)質(zhì)量是顧客在選擇、消費自助服務(wù)技術(shù)過程中，對自助服務(wù)技術(shù)的期望服務(wù)與感知服務(wù)的總體性評價，包括效率性、保密性、信息性、移情性和創(chuàng)新性五個維度。管理者認(rèn)知和服務(wù)創(chuàng)新這兩個企業(yè)層面的因素對自助服務(wù)技術(shù)質(zhì)量有顯著影響，而自助服務(wù)技術(shù)質(zhì)量對企業(yè)績效的影響隨著品牌影響力和行業(yè)競爭程度的增強(qiáng)而增強(qiáng)。 2100433B

與消費者建立并維持高質(zhì)量的關(guān)系是企業(yè)界和學(xué)者們一直以來關(guān)注的焦點問題之一。但是，隨著自助服務(wù)技術(shù)的廣泛使用，已經(jīng)從根本上改變了服務(wù)企業(yè)和消費者之間的關(guān)系。而有學(xué)者指出，傳統(tǒng)的關(guān)系營銷理論并沒有考慮自助服務(wù)技術(shù)的使用問題。技術(shù)對關(guān)系既可能有正向影響，也可能有負(fù)向影響。消費者在自助服務(wù)技術(shù)使用上的不同導(dǎo)致對關(guān)系質(zhì)量的影響也是不同的。本研究擬在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，通過消費者訪談、問卷調(diào)查等規(guī)范的實證研究方法，回答消費者自助服務(wù)技術(shù)的使用對關(guān)系質(zhì)量的影響到底是怎樣的？影響機(jī)理是什么？以及影響使用差異的因素是什么？本研究選題是關(guān)系營銷與技術(shù)使用擴(kuò)散領(lǐng)域的結(jié)合，具有一定的前沿性，如果能取得預(yù)期成果，本研究不僅將會豐富關(guān)系營銷和技術(shù)使用擴(kuò)散領(lǐng)域的理論研究成果，還有助于實施自助服務(wù)技術(shù)的企業(yè)更好的理解消費者自助服務(wù)技術(shù)的使用及其對關(guān)系質(zhì)量的影響，并進(jìn)而采用更為有效的自助服務(wù)技術(shù)戰(zhàn)略和相應(yīng)的營銷策略提供指導(dǎo)。