基于改进YOLOv8s的鼓形滚子表面缺陷检测算法

为了提高鼓形滚子表面微小瑕疵缺陷检测的精确率和召回率,增强模型对小目标缺陷的检测能力,针对YOLOv8s网络,提出细粒化卷积模块SPD-Conv来代替卷积下采样,细粒化地提取小缺陷的特征.在特征融合模块,引入GFPN特征融合模块,增强相邻层级间的跨尺度连接和同尺度下的跨层连接,有助于小目标特征信息在卷积网络的传递.在头部增加小目标检测层,提高模型对小缺陷的检测能力.在损失函数方面,利用动态非单调聚焦的Wise-IOU的边界框损失函数替换CIOU,在加快网络收敛的同时,提高网络检测的精度.在自制的鼓形滚子缺陷数据集上进行测试,结果表明,改进的YOLOv8s在倒角数据集、侧面数据集、端面数据集的mAP@0.5分别达到0.911、0.983、0.935,相比于YOLOv8s,m AP@0.5分别提高了6.4%、3.3%、4%,精确度和召回率也有一定的提升,平均每张图片的检测时间为23 ms.与原模型相比,改进的YOLOv8s对小目标缺陷有更好的定位能力和检测精度,检测速度能够满足工业大批量检测的要求.

超弹性复合磨料气射流抛光方法

目的利用复合磨料对TC4钛合金进行气射流抛光,研究磨料入射角度、抛光气压、抛光时间等工艺参数对其表面粗糙度及表面形貌的影响。方法以橡胶作为超弹性基体,采用冰晶石粉与1μm的金刚石微粒对橡胶颗粒表面进行分批次涂覆,最终得到形状规则、表面磨粒附着均匀且粒径约为2 mm的复合磨料。利用ABAQUS有限元仿真软件对抛光过程进行模拟,并采用单因素实验法对抛光过程及结果进行研究。结果当磨料入射角度为20°、抛光气压为0.5 MPa、抛光时间为2 min时,TC4钛合金表面能降至最低(Sa为38.7 nm)且表面形貌较为均匀平坦(S_(ku)为3.9)。当复合磨料循环抛光6~8次后,其表面金刚石磨粒层会出现破损与脱落,为不影响最终抛光效果,需通过重新涂覆金刚石的方式对其表面进行修补。结论复合磨料在对TC4钛合金抛光的过程中能有效降低其表面粗糙度并降低磨粒对工件表面的损伤。磨料入射角度主要影响复合磨料撞击工件表面时的形变量和切削力,抛光气压则主要影响发生形变时在工件表面的滑移距离。

轴承内圆轴向超声高速磨削理论建模与试验研究

目的以GCr15材料的6309型轴承内圆为研究对象,探究高转速超声磨削过程中超声辅助振动对磨粒运动轨迹、磨削后表面粗糙度、圆度以及微观形貌的影响规律。方法基于超声内圆磨削磨粒切削轨迹及超声振幅与砂轮转速对轨迹影响的理论仿真,构建磨削去除量与磨削表面粗糙度的理论模型,通过对轴承内圆进行超声磨削试验,研究高转速(16000~22000 r/min)下各工艺参数对内圆表面质量的影响并验证理论粗糙度评价模型。结果超声振幅的增大使磨粒与内圆接触轨迹变长,但随砂轮转速的提高,磨粒切削轨迹的密集程度也有所下降。振幅和砂轮转速的增大可使切削去除量增大、粗糙度降低,铬刚玉粒度100#陶瓷结合剂砂轮磨削GCr15轴承内圆后,其表面质量更有优势,单因素下表面质量变化趋势与理论分析结果相一致。结论在相同磨削参数下,1.5μm振幅超声磨削可使内圆圆度降至0.92μm,粗糙度降至130.5 nm,与传统磨削相比,粗糙度最高减小了41.5%,圆度最高减小了52.6%。在高转速下,各因素按砂轮对磨削后表面质量的影响由大到小的顺序依次为砂轮转速、超声振幅、进给速度,当磨粒线速度超过41.8 m/s、进给速度超过600 mm/min、振幅超过1.5μm时,表面质量呈下降趋势。

超精密加工领域科学技术发展研究

超精密加工是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。随着对产品质量和多样化的要求日益提高,对超精密加工提出更多、更高的要求。超精密加工技术已成为包含当代最新科技成果的一个复杂系统工程。介绍各种超精密加工技术的内涵、应用范围、国内外研究现状、发展过程与趋势以及未来应研究开发的重要科学技术问题。从加工精度、加工质量和加工效率角度对先进的具有代表性的超精密加工机床、超精密切削、超精密磨削和超精密抛光技术进行重点评述和比较。分析我国在超精密加工领域中存在的主要问题以及与国外先进技术的差距,对超精密加工的技术发展趋势进行预测,提出我国本领域基础研究、技术及产业发展策略与对策。

超精密加工现状综述

超精密加工是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。精密光学、机械、电子系统中所用的先进陶瓷或光学玻璃元件通常需要非常高的形状精度和表面精度(如0.1nm级表面粗糙度)及较小的加工变质层。掌握超精密加工过程中材料去除规律和损伤层特性对提高加工的稳定性与经济性十分重要。对超精密加工中的超精密切削、超精密磨削和超精密研磨抛光技术进行综述,重点介绍各种典型加工方法及其材料去除机理。从加工精度和加工效率角度对上述几类超精密加工方法进行比较,介绍以实现高效精密加工为目的的半固着磨粒加工技术。对超精密加工的发展趋势进行预测。

非球面超精密抛光技术研究现状

非球面应用范围的拓展以及应用精度要求的不断提高对非球面元件的尺寸精度与表面质量提出了更高要求;作为终加工手段,非球面超精密抛光技术也越来越受到世界各国的重视。掌握非球面超精密抛光过程中的材料去除机理以及由此导致的亚表面损伤等特性对提高非球面抛光的精度与效率十分重要。对非球面抛光技术的发展进行回顾,并根据非球面超精密抛光技术的发展脉络,阐述当前主要非球面超精密抛光技术的加工原理及加工实例,随后从亚表面损伤、边缘效应等方面对几种非球面超精密抛光技术进行比较,并以提高抛光精度与效率为目标,对非球面超精密抛光技术的发展趋势进行预测。

基于响应曲面法的YG8硬质合金刀片化学机械抛光工艺参数优化

为了快速确定YG8前刀面抛光的最佳工艺参数,提高加工效率和精度,利用响应曲面法对YG8硬质合金刀片抛光工艺进行优化试验研究。通过单因素试验确定抛光转速、抛光压力、磨粒粒径和磨粒浓度的水平,并对4个工艺参数进行中心复合设计试验。建立了材料去除率RMR和表面粗糙度Ra的预测模型,基于响应曲面法优化工艺参数获得最佳工艺参数为抛光转速65.5 r/min、抛光压力156.7 kPa、磨粒粒径1.1μm、磨粒浓度14%,此时得到了最小表面粗糙度预测值Ra=0.019μm,材料去除率RMR=56.6 nm/min。试验结果表明,基于响应曲面法的材料去除率与表面粗糙度预测模型准确有效。

半固着磨具“陷阱”效应的颗粒流模拟

利用PFC软件建立了半固着磨具颗粒流模型,磨具中结合剂对磨粒的粘结作用由平行连接行为描述。模型参数通过半固着磨具试样的压缩比实验获得。考虑单颗大颗粒的"陷阱"效应,以量纲一的大颗粒陷入磨具的深度及对工件的法向载荷为指标,对半固着磨具的"陷阱"效应进行了仿真。讨论了磨具结合强度、加工载荷、大颗粒尺寸对"陷阱"效应的影响,发现磨具结合强度低、加工载荷大和大颗粒尺寸小将有利于"陷阱"效应的发挥。

硬质合金刀具材料化学机械抛光机理研究

目的研究硬质合金刀具材料化学机械抛光(CMP)机理,为改善硬质合金刀具表面质量提供理论支持。方法分析硬质合金刀具材料在酸性抛光液中的化学反应,研究硬质合金刀具材料CMP的化学反应机理。基于接触力学理论计算抛光垫与工件的实际接触面积和单个磨粒的实际切削面积,在运动学分析的基础上,建立硬质合金刀具材料CMP的材料去除率模型,通过实验验证材料去除率模型的有效性。结果在酸性抛光液中,硬质合金被氧化成Co_3O_4。当工件、抛光垫、磨粒类型、工件安装位置确定时,材料去除率与抛光载荷、磨粒浓度和抛光盘转速有关。常用硬质合金抛光条件下,抛光YG8刀具的修正系数Kcm为8.53,抛光后刀具的最低表面粗糙度能达到48nm,材料去除率为62.381nm/min,材料去除率的理论值和实验值的最大相对误差为13.25%,消除了表面缺陷,获得了较好的镜面效果。结论建立的材料去除率模型具有一定的有效性,对硬质合金刀具材料进行化学机械抛光能消除刀具的表面缺陷,改善表面质量。

润滑油黏度对高速球轴承性能及损伤的影响

为探究高速工况下润滑油黏度对轴承润滑状态及性能的影响,试验研究了Si3 N4陶瓷和GCr15轴承钢材质的7014C型角接触球轴承在不同润滑油黏度条件下的温升和振动特性.结果表明,轴承温升及振动随润滑油黏度的增大呈现出先下降后上升的趋势,影响程度随转速的增大而增大.同时,陶瓷轴承较钢制轴承在不同润滑油黏度条件下均表现出更优越的性能.将试验结果与轴承润滑状态分析结合,讨论了润滑油黏度、润滑状态、轴承性能三者的关系,为高速角接触球轴承适用润滑油黏度的选择提供了重要依据.此外,本文还对不同润滑条件下的轴承滚动面损伤进行了分析.结果显示,全膜弹流润滑条件下,陶瓷轴承与钢制轴承滚动面损伤较小且差异不明显.部分膜弹流润滑条件下的轴承滚动面损伤严重,表面出现大量凸峰和凹谷,轴承滚动体及外滚道表面损伤较内滚道严重,钢制滚动体的表面划痕较陶瓷滚动体密且深.

变曲率沟槽高精度球体精研工艺优化实验研究

基于变曲率沟槽研磨抛光方法,对球体进行运动学分析并建立运动学方程。利用Matlab绘制球体表面加工轨迹并结合Preston方程建立球度误差计算模型。仿真结果表明最短的加工时间为26 h。基于田口法对精研阶段球体加工工艺进行正交试验,并对实验结果进行方差分析及S-N-K分析,优化各加工阶段加工参数以获得最优的圆度值。结果表明:在半精研阶段将球体的球度研磨至0.7μm,精研阶段研磨至0.3μm时加工效率最高。完成精研阶段(半精研、精研和超精研)阶段只需要29 h,相较于传统的加工方法其效率提高了14.7%,并且抛光结束后的氧化锆陶瓷球粗糙度达到14 nm,圆度达到0.13μm,达到了G5级国家标准。

纳米技术的应用及发展动向

系统地对纳米技术在材料科学、微电子学、微机电系统、超微传感器、生物工程、光电领域、化工领域及生命科学中的应用作了评述 ,讨论了纳米技术对未来社会的巨大影响及其潜在的、令人鼓舞的发展前景 ,预计将对经济发展、国防力量。

基于固结磨料盘的钽酸锂高效研磨加工试验研究

目的实现钽酸锂材料的高效、高质量、低成本加工。方法选择合适的添加剂作为辅料,利用树脂结合剂将3000#的金刚石磨料通过配混料、固化、压实、修整等步骤,制成金刚石固结磨料盘。以加工过程中钽酸锂工件的材料去除率、表面形貌以及粗糙度等作为评价指标,在相同粒径条件下,用游离磨料、固结磨料磨盘对钽酸锂晶片进行加工,对比加工结果。结果在压力为4 kPa、研磨盘转速为140 rad/min的条件下,3000#金刚石游离磨料铸铁盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为37.89μm/h,表面粗糙度Sa由420 nm改善至233.308 nm,但是晶片表面出现深划痕,从而导致易破碎,且有少量磨粒残留在钽酸锂晶片上。而在相同加工条件下,采用3000#金刚石固结磨料盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后,材料去除率为66.19μm/h,表面粗糙度Sa降低至97.004 nm,且晶片表面划痕较浅,无磨粒残留在钽酸锂晶片上。结论采用固结磨料盘加工后的表面粗糙度比游离磨料加工后的表面粗糙度更低,表面形貌更好,材料去除率更高,达到了钽酸锂晶片精研的加工效率和表面质量。同时固结磨料盘研磨LT晶片时,其表面粗糙度随压力、转速增大而减小,材料去除率随压力、转速增大而增大。

石英晶体无损伤理想镜面的超精密加工技术研究

为了获得超平滑的石英晶体表面，本文讨论了超精密抛光中材料的去除机理，提出了微小表面粗糙度的基本形成模型。实验采用软质磨料微粉和软质沥青抛光盘，加工出表面粗糙度为１～２的石英晶体超精密表面，实现了超精密加工的极限精度。

薄型非球面弹性变形面形复制加工技术研究

提出一种新型非球面加工技术——弹性变形面形复制加工技术,该技术综合利用光学玻璃材料的线弹性特性以及面形复制加工机理,将复杂的非球面加工转变为简易的平面加工,适合加工薄型大曲率半径非球面。阐述弹性变形面形复制加工技术的基本机理,随后以直径为40 mm、顶点曲率半径为2 500 mm的抛物面作为目标面形,通过有限元仿真确定使工件与靠模紧密贴合所需的工件最小去除厚度,建立加工过程的材料去除模型,并由此确定加工时间。在所搭建的弹性变形面形复制加工系统上进行加工试验,试验结果证明所建立材料去除模型有效。最终工件加工面形精度为PV 0.62μm。对加工面形精度影响因素进行分析,并提出改进工件加工面形精度的措施。

高效磨削技术与装备进展及展望

高效磨削加工的主要目的就是提高生产效率和加工质量,降低成本,其应用将产生巨大的经济效益和社会效益。随着我国航空航天工业、汽车工业、冶金、机械及国防工业等行业的进一步发展,高效磨削技术及装备的市场愈来愈大,其经济效益和社会效应也十分巨大。

高速滚动轴承不同磨损阶段的油气润滑策略研究

为探究油气润滑条件下高速滚动轴承服役过程的最佳润滑策略,试验研究了钢制与Si_(3)N_(4)陶瓷两种滚动体材质的H7003C系列角接触球轴承在不同磨损阶段的润滑特性。通过标准工况试验、加速磨损试验和极限磨损试验方法,模拟研究滚动轴承磨损初期、中期以及临界失效阶段的润滑特性。试验结果表明:H7003C系列轴承在磨损初始阶段,存在一个最佳工况范围,此范围内的轴承温升变化在±3.5℃之间,且稳定运行时的振动速度方差小于0.029,此时油气润滑供气压力与供油量分别为1 Bar与0.8-0.98 mL/min,此条件下轴承的润滑效果最佳。随着磨损加剧直至轴承失效,轴承所需最佳供油量逐渐升高,特别当振动升高至磨损初期的2~2.5倍时,合理调整油气润滑的供油间隔可明显改善轴承的润滑情况。故油气润滑条件下轴承在不同磨损阶段具有不同的润滑要求,可根据不同磨损阶段下的工况变化合理调节油气参数,以获得滚动轴承各工况下的最佳润滑策略。

蓝宝石单晶纳米加工技术的研究

为获得蓝室石单晶的镜面，本研究讨论了抛光过程中化学机械抛光的必备条件，并提出了相应的抛光机理。在新的抛光条件下获得了最终表面粗糙度为２ｎｍ的蓝宝石单晶表面。

典型功能脆性材料磨削

为了研究典型功能脆性材料钽酸锂和硅片的磨削特性,建立了端面磨削模型来计算晶片的比磨削能及其表面的磨削力的分布,并通过实验分析脆性材料的磨削特性。以进给速度作为变量,选取砂轮端主轴磨削过程中功率增加率作为评价磨削特性的指标进行磨削实验,同时采集砂轮端主轴的功率值信号,滤波后计算晶片比磨削能和磨削力的分布。通过端面磨削模型计算可得:钽酸锂的比磨削能是147.46J/mm^3,比硅的大44%,表明磨削去除相同体积的钽酸锂需要更多的能量,钽酸锂晶片表面分布的磨削力比硅片大。磨削过程的主轴功率增加率是预测钽酸锂加工结果的重要指标,在本实验中一旦增加率大于临界值0.6W/s,钽酸锂表面就会产生裂纹。而在相同加工条件下,无论进给速度如何变化,硅片的磨削主轴的功率增加率始终保持稳定,而钽酸锂的主轴磨削过程的功率增加率则与进给速度呈现线性增加关系,这一现象与钽酸锂的机械性质无关,而与物理性质有关系。

石英晶体精密研磨技术的研究

通过实验，着重讨论了石英晶体的研磨机理及研磨速度、研磨压力和磨粒粒径对试件表面质量和研磨效率的影响，并确定了合理的精密研磨参数选用范围。实验采用修正环型研磨机，加工出表面粗糙度Ｒａｍａｘ０．７μｍ的石英晶体表面，为实现石英晶体的超精密抛光准备了必要的条件。