单晶MgO基片超精密加工技术研究

单晶MgO具有良好的物理化学性能及光学性能,是性能优异的薄膜基片及光学零件材料,广泛应用于高温超导、航空航天、光电技术等领域。用作薄膜生长的基片必须具有高精度超光滑无损伤的表面,而单晶MgO是典型的硬脆难加工材料,这对MgO晶体的超精密加工技术提出了很高的要求。本文介绍了单晶MgO的特性及其应用领域,针对高温超导薄膜制备对MgO基片的要求,讨论了现有的MgO基片加工工艺存在的问题,分析了几种可用于MgO基片超精密加工的先进工艺技术的特点和应用研究现状。

高性能零件的性能与几何参数一体化精密加工方法与技术

随着高端装备和产品的不断发展,对装备和产品制造的性能要求也越来越多和越来越高,涌现出一大批高性能指标要求的关键零部件,其加工已由以往的单纯几何形状和尺寸精度要求,跃升为以性能要求为主、性能与几何参数一体化的精密加工要求。这些高性能零件多呈精密复杂曲面、超高精度,以及材料超硬、超脆、超黏等难加工特征,其性能受几何、材料等多因素耦合作用,采用传统工艺进行精密加工制造十分困难,存在废品率高、加工效率低,特别是性能指标难以保证等难题。从高端制造装备业的需求出发,提出并阐明了高性能零件的特点、分类以及数字化可控去除加工方式的内涵,在此基础上指出了四类高性能零件精密加工所涉及的关键问题,并着重介绍了这些问题的研究现状、存在的难点和可行的解决方案,为面向高性能要求的性能与几何参数一体化的加工理论、方法和工艺技术体系的建立提供参考,以解决高性能零件的精密制造难题。

高硅氧玻璃纤维复合材料的切削加工实验研究

探讨了高硅氧玻璃纤维复合材料切削加工的特点,分别用不同刀具材料的刀具和不同加工参数对高硅氧玻璃纤维复合材料进行了切削试验,得出了最佳刀具材料是立方氮化硼(CBN),并总结出了最佳的切削参数。

基于VRML的工程图学虚拟实验室

虚拟实验室可摆脱传统实验教学在空间、时间等方面的限制,激发学习者的学习兴趣,培养实践能力,在现代教育领域具有重要的意义.针对工程图学的教学特点,对虚拟实验室的构建进行了分析,论述了虚拟实验室的设计实现技术,对智能导航、装配序列分层递归表示和二三维动画联动等进行了研究.利用VRML(虚拟现实建模语言)实现虚拟实验的多媒体教学系统,改变了教学环境,有助于创新教育和提高教学效果.

低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究

由于在常温下聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之间的过渡状态时,利用低温微磨料气射流加工PDMS仍然会发生很严重的磨料嵌入现象,致使加工效果较差。针对这一问题,本文利用ANSYSFluent软件对PDMS进行传热仿真分析来获得PDMS内部温度的变化情况,从而能够计算得到在PDMS深度方向上的冷却速率,同时利用与传热仿真分析过程中完全相同的工艺参数在PDMS表面上加工微孔,计算出在PDMS深度方向上的最大平均冲蚀加工速率,最终发现冷却速率远大于冲蚀加工速率。根据传热仿真的分析结果,通过开展单因素实验探究进给速度v、加工距离D、冲蚀角度α以及加工压强p对PDMS加工性能的影响规律,为后续进行更深入的研究提供重要参考依据。

电解加工小孔方案优化及实验研究

小孔法是工程中残余应力测量最常用的方法,传统机械加工小孔会引入塑性变形与附加应力,影响测量结果的准确性。采用无应力产生的电解加工方法进行小孔加工在残余应力测试方面具有显著优势。利用不受加工结构限制的3D打印技术制造中空循环电极,搭建动液电解加工小孔装置;利用Fluent软件进行流场仿真,以电解加工表面电解液流速大小和流场均匀性为评价标准,优化中空循环电极内部流道结构;根据流场与电场仿真结果表明中空循环电极环形隔板壁角β对电解加工精度有较大影响。以纯铁(DT_(4)E)为实验材料,进行不同壁角β下电解加工小孔实验,壁角β为60°时小孔孔形最佳。

微电子和光电子制造中的节约型高效精密加工技术

着重介绍了高效精密加工制造技术的科学内涵、应用范围和在机械加工制造业的重要性,以及国内外研究现状与发展趋势,分析了国内在先进加工制造工艺和装备领域的基础研究中存在的主要问题和差距。

PSD法在超精密加工质量评价中的应用

功率谱密度法(Power Spectral Density,PSD)从物理意义上来讲就是单位频率内的信号能量,用于描述随机过程的功率与频率之间的关系。PSD法可以用于分析超精密加工表面的形貌特征,也可以分析不同频率在表面形貌中的分布,从而评价加工工艺对超精密加工表面质量的影响。利用一维PSD的方法,评价了磨削硅片、抛光硅片、抛光铜片表面的质量,通过结果分析可知,与表面粗糙度方法相比,PSD方法可以更全面地评价被加工工件的表面质量。因此,需要在实验室教学过程中引导学生关注功率谱密度分析方法,建立功率谱密度函数与超精密加工表面质量之间的关系。

精密测量和加工中的激光技术

激光具有高方向性、高单色性、高相干性以及普通光源达不到的能量密度等优点。近年来,由于激光技术具有高准确度、非接触、稳定性好等独特优点,在精密加工和测量领域受到了广泛关注。本文综述了激光技术在精密测量和加工领域的应用现状,并根据其测量原理和应用场景的不同进行分类和总结。在现有发展现状的基础上,对激光技术在精密测量和加工领域的发展趋势进行了分析和展望,为进一步推动激光技术在精密测量和精密加工领域的应用提供参考。

精密加速度计组件自动装配及焊接系统

悬丝摆式加速度计广泛应用于航空、航天、惯性导航等领域,其装配质量对加速度测量精度有很大的影响,其关键组件的装配涉及位置和姿态的调整,同时悬丝在装配中需要控制张紧力并完成焊接。针对悬丝摆式加速度计组件的精密装配,研发了集成力、温度传感器和机器视觉的精密装配及焊接系统。采用相机配合转台实现待装配零件视觉测量,完成零件特征点的识别定位;利用精密滑台和转台调整待装配零件位姿;直线电机运动结合力反馈实现装配过程中零件间隙调整以及张紧力控制;开发专用焊接单元,实现在紧凑空间内对微小器件的自动温控焊接。试验结果表明,该系统能够完成加速度计组件自动装配及焊接,装配结果满足技术指标要求,焊点无虚焊,摆组件内边缘相对于磁钢边缘间隙偏差小于10μm,悬丝中心相对于加速度计底座地面位置精度优于20μm,悬丝张紧力偏差控制在±5 mN之内,能够达到产品装配质量要求。

高温合金蜂窝芯加工振动分析与试验研究

高温合金蜂窝芯具有薄壁、多孔、面内弱刚性等特点,加工过程中易出现毛刺、撕裂、塌边等缺陷,采用冰固持加工后改善了加工质量,但仍然存在振动幅值较大的问题。针对高温合金蜂窝芯冰固持加工的振动问题,分析并确定冰固持条件下的高温合金蜂窝芯加工振动的主要形式是非谐波非周期性激励下的强迫振动,求解切入角变化导致的强迫振动激励间隔时间的变化规律。通过试验获得切削用量对高温合金蜂窝芯冰固持加工振动的影响规律,试验结果表明,当主轴转速为7000r/min、进给速度为4000mm/min、切削深度为0.5~1.5mm、切削宽度为0.5mm时,振动幅值较小,加工状态稳定,加工质量较好。

超声波加工工具对复合变幅杆谐振性能影响

基于变截面杆纵振动的波动方程,推导出安装简单工具双曲过渡形复合变幅杆频率方程和放大系数的一般公式,并讨论了超声波加工工具对复合变幅杆谐振性能的影响.随着工具长度和直径的增加,变幅杆谐振频率下降,应根据工具尺寸相应调整复合变幅杆末端长度,才能保证更好的谐振.推导出的一般公式为超声变幅杆及其工具的设计和使用提供了理论依据.

KDP晶体加工表面的亚表面损伤检测与分析

采用截面显微法和择优蚀刻法分别对磷酸二氢钾(KDP)晶体从线切割样品制备到磨削、抛光亚表面损伤进行检测,利用OLYMPUS MX40光学显微镜对表面腐蚀现象与亚表面裂纹形状进行观测,并对裂纹深度进行测量。结果表明,由线切割产生的亚表面损伤裂纹形状以"斜线状"为主,裂纹深度最大值为85.59μm;由#600砂轮磨削产生的亚表面损伤深度最大值为8.55μm。在(001)晶面出现了四方形的分布密度较高的位错腐蚀坑;而在三倍频晶面上出现的是密度较低、形状类似梯形的位错腐蚀坑。该研究为KDP晶体亚表面损伤提供了一种检测与分析手段。

基于信噪比与灰关联度的电火花微小孔加工工艺参数的优化

在正交试验的基础上,采用参数设计中的信噪比方法,更加准确地反映具有强干扰特性的电火花微细加工过程中参数对加工工艺目标的影响程度,分析出各项参数对工艺指标影响的主次关系。以减小工艺性能的波动性为目的,结合灰色关联度分析方法,将多目标参数优化问题转化为单目标灰关联度的优化问题,得到电火花微小孔加工的多项工艺指标要求下的参数优化组合。综合试验结果表明,基于信噪比和灰关联度的优化方法能有效地提高微细电火花的加工精度、加工效率和加工稳定性。

超精密渐开线齿形的测量方法

分析了双基圆盘式渐开线测量仪的测量原理,其具有结构简单、测量过程中无测头位置引起的阿贝误差等特点。该仪器采用交叉弹簧片的铰链结构作为误差传递杠杆,其灵敏度高、无间隙。经过对仪器的主要测量误差源进行补偿后,其系统的测量不确定度(U95)<±0.5μm,测量精度可以满足1级渐开线齿形的测量要求。通过与其它渐开线齿形测量方法的比较,双基圆盘式渐开线测量仪仅在测量自动化和多功能性等方面不如CNC齿形量仪,其在测量精度与制造经济性等方面更具优势,是超精密渐开线齿形测量的理想方法。

高性能精密制造方法及其研究进展

科学技术的迅猛发展,催生了高端装备与产品的不断涌现。然而,这些装备和产品的'高端'很大程度上要依靠一大批高性能的零件/部件/构件/器件(简称高性能零件)来保证。这些高性能零件以透波、密封、减阻、结构弹性和抗疲劳特性等物理性能为主要制造指标,不仅材料特殊,其表面也往往呈现精密复杂曲面、超高精度、跨尺度微纳复合结构或具有功能性表面层等几何特征和加工要求。高性能零件的性能受几何、物理等因素的耦合作用,采用传统工艺进行加工制造十分困难,难以满足该类零件的精密(含超精密)制造要求。从高性能零件的需求和应用出发,提出并阐明高性能零件的特点、分类及各自内涵。针对七类高性能零件,论述相关加工制造技术的研究现状、存在的难点和核心问题,指出可行的解决途径、突破方向和未来的发展趋势,为构造高性能零件加工制造理论、方法和工艺技术体系,解决高性能零件的精密制造难题,提供参考和依据。

单晶硅反射镜的超精密磨削工艺

为了实现单晶硅反射镜高效低损伤的超精密加工,研究了基于工件旋转法磨削原理的单晶硅反射镜超精密磨削工艺。通过形貌检测和成份测试的方法分析了该工艺采用的超细粒度金刚石砂轮的组织结构特征,并对单晶硅进行了超精密磨削试验,研究了超细粒度金刚石砂轮的磨削性能。通过砂轮主轴角度与工件面形之间的数学关系实现对磨削工件面形的控制。最后,采用超细粒度金刚石砂轮对Φ100mm×5mm的单晶硅反射镜进行了超精密磨削试验验证。试验结果表明,超细粒度金刚石砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra值小于10nm,亚表面损伤深度小于100nm,磨削后的单晶硅反射镜面形PV值从初始的8.1μm减小到1.5μm。由此说明采用该工艺磨削单晶硅反射镜能够高效地获得低损伤表面和高精度面形。

难加工材料超声辅助切削加工技术

为了实现难加工材料高质量、高精度、高效率加工,满足不同应用领域难加工材料零件的加工要求,目前,超声辅助切削加工技术通过借鉴其他加工技术的发展经验,正不断向微细化、高效化、精密化、自动化、智能化等方向发展。高性能合金(如高温合金、钛合金、高强度钢等)、复合材料、硬脆材料(如光学玻璃、工程陶瓷和功能晶体)等先进材料具有优异的性能,在航空、航天、军工。

高性能复杂曲面零件测量-再设计-数字加工一体化加工方法

高性能要求复杂曲面零件的精密加工,不但要保证一定的几何精度,更要满足其性能指标。此类零件性能与几何、物理等参量密切相关,因此最终精确尺寸和形状受几何、物理、性能等多源约束的影响,加工难度大,迫切需要按零件性能要求进行加工的新方法。从分析零件特征入手,将该类高性能要求复杂曲面零件称为多源约束面形再设计类复杂曲面零件。研究零件性能与多源约束的耦合关联模型,针对零件性能与多源约束的显式关联关系或隐式关联关系,建立几何量修正补偿性能偏差的补调机制,综合应用活动标架和曲面相伴理论,建立测量面、加工基准面、加工目标曲面的关联模型,最终提出保证零件性能要求的面形再设计原理与方法。在此基础上,提出多源约束面形再设计类复杂曲面零件'测量-再设计-数字加工'一体化加工策略,构建相应的技术体系,为实现该类零件的精密加工提供了一种新的理论与方法。

高速高精度数控加工中NURBS曲线插补的研究

针对复杂型面零件的高速高精度加工需要,深入研究了NURBS曲线直接插补方法。提出一种新的加减速控制方法,在提高轮廓精度的同时极大地减小了切削加工对机床造成的冲击;结合轮廓误差限、最大向心加速度的约束,自适应地控制进给速度的变化。对NURBS曲线插补算法进行了研究,并用C++Builder5编程实现。插补实例表明该算法能保证高速、高精度。