机械刻划层分结构铝膜刀具磨损研究

掌握机刻光栅刀具磨损机理是稳定制备大面积光栅的关键,由镀制工艺决定的具有层分结构铝膜是机刻光栅的首选膜坯。为获取光栅机械刻划过程中层分构铝膜对金刚石刻划刀具磨损影响规律,首次开展层分构铝膜力学性能测试与刀具刻划磨损规律研究,采用纳米压痕实验测得层分构铝膜硬度与弹性模量分别为0.48 GPa与65.2 GPa,满足Hall-Petch强化理论。据此,首次运用Deform 3D有限元分析软件建立层分构铝膜模型,将刻深位置设置在铝膜层分界面位置,分别对刻深在2μm与4μm的单层与4层铝膜进行刻划仿真后发现,分层膜界面对于其应力传递影响作用明显,且刻深突破第一、二层铝膜界面时,该界面对于应力传递的阻碍作用消失;不同刻深刻划单层和4层铝膜时刀具磨损形式与磨损部位大体相同,但刻划4层铝膜时刀具磨损较小,与后续机刻试验结果相符。

基于LabVIEW的闭环步进电机运动系统设计及精度分析

当前闭环步进电机在自动化设备中的应用越来越广泛,故为了进一步满足闭环步进电机的应用需求,采用LabVIEW上位机+运动控制卡+驱动器模块的控制方案进行了多轴运动系统的设计,通过设计的上位机软件实现闭环步进电机的实时控制与监测。同时,基于编码器搭建了系统精度测试平台,测试结果表明,系统不适用于精度要求不高于0.216°的场合和小角度高精度定位的情况,而更适用于应用场合为大角度定位的情况。

光栅刻划刀具弹性支撑机构颤振抑制性能优化

机械刻划是以中阶梯光栅为主导的大闪耀角、高衍射级次光栅的主要加工方法,其大闪耀角特性使中阶梯光栅的刻划加工难度大幅增加。当光栅刻划刀对刃误差较大,或刀具非力平衡设计时,刻划过程中刀具会受到较大水平扭矩,易导致刀具颤振现象,从而影响光栅质量。为抑制刀具颤振,提高光栅刻划稳定性,针对光栅刻划刀弹性支撑机构的颤振抑制性能开展研究,提出了双层平行弹簧支撑机构。通过有限元仿真对比分析了新旧刀架机构的结构刚度和模态特性,并利用加速度传感器测试了两种刀架机构的刻划刀具颤振状态,对比了两种刀架对颤振的抑制效果。结果表明,双层平行弹簧刀架机构受刻划扭矩时,在刀具夹持处及柔性铰链处的变形较传统刀架结构分别减少了36%和24%,一阶模态提升了2.8倍。颤振信号在时域下基线两侧幅值分别降低了13.6%及22.5%。光栅刻划实验表明,新机构有利于刻划制造中阶梯光栅,所提出的刀架优化设计方法和颤振抑制技术可为光栅刻划制造技术提供理论指导。

因瓦合金异质材料焊接工艺的研究

研究了因瓦合金异质材料焊接工艺,通过试验选择了理想的异质焊接材料EZNiFe-1,并且对其焊缝进行了力学性能试验,并制定了合理的焊接方案,最终成功地保证了焊缝的低膨胀特性。

中阶梯光栅刻划刀具抗磨损设计

采用DEFORM有限元分析软件模拟中阶梯光栅刻划刀具在光栅刻划过程中的应力分布,并结合金刚石晶体解理特征设计了抗磨损刀具刃口取向。当光栅刻划刀具刃尖点受最大摩擦力方向平行于金刚石晶体周期键连(PBC)方向,且刀具Z向载荷垂直于(111)晶面时,定向面与(111)晶面夹角为27°,非定向面与(111)晶面夹角为63°;光栅刻划刀具在72 g负载条件下,刻程超过17 km时,刀具刃口无崩口等缺陷。采用该方法设计的光栅刻划刀具使用寿命大大超出了传统刀具的使用寿命(刻程约0.8 km),证明了中阶梯光栅刻划刀具抗磨损设计方法的合理性和有效性。

基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床研制

采用圆弧刃光栅刻画刀具,实现在线换刃技术是解决光栅刻画刀具使用寿命问题的一种有效的途径。在线换刃圆弧光栅刻画刀具对刃口质量及精度要求高,刃磨制作工艺难度大,且国内外市场几无此类刃磨设备,需要自行设计制作圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床。在圆弧刃光栅刻画刀具刃磨试验设备设计制作及圆弧刃光栅刻画刀具刃磨制作工艺研究基础上,针对圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨特点,设计新型的基于杠杆模式施载的圆弧刃光栅刻画刀具刃磨机床;根据传统机床的设计程序,对刃磨机床的功能、总体设计及详细结构设计展开研究,并对施载与微进给机构进行了振动分析,排除了出现共振的可能性。最后完成了该机床的机械装调,并刃磨制作一把圆弧刃光栅刻画刀具,其定向角∠D=63°,刀尖角∠J=90°,刃圆半径R=8.56mm,在460倍体视显微镜下观察无崩口等缺陷,刃口弧线清晰可见。刀具检测及观测结果表明,所设计的圆弧刃刀具刃磨机床适用于圆弧刃光栅刻画刀具的刃磨制作,所采用的分析及设计方法对圆弧刃刀具刃磨机床及其他机床的设计和研制具有实际指导意义。

中阶梯光栅金刚石刻划刀具受力分析

以刻划线密度为79gr/mm的中阶梯光栅金刚石刻划刀具为例,采用DEFORM有限元分析软件分析计算了金刚石光栅刻划刀具在光栅刻划过程中的3个刃口及刃尖点的受力分布情况,与实际光栅刻划刀具磨损情况进行对比研究,为金刚石刀具刃口晶体取向方案提供了有效的理论依据。

可在线换刃圆弧光栅刻划刀具设计

基于设计基准、工艺基准及应用基准统一原则,设计了可在线换刃圆弧光栅刻划刀具结构,研究了其刃磨工艺,利用自行设计的刃磨实验设备刃磨出了新型的光栅刻划刀具,其半径约为7.75mm,圆锥面光洁度为5nm,刃口质量好。

光栅机械刻划摩擦型颤振机理

研究了光栅机械刻划过程中弹性刀架和金刚石刻刀系统的摩擦型颤振机理.建立了光栅机械刻划摩擦型颤振动力学模型,并对颤振系统进行了稳定性分析,提出了系统的稳定性条件和“稳定性阈”.从能量角度对颤振进行了分析,获得了相同的稳定性条件.在刻划工艺试验装置上单一改变刻划速度进行了光栅刻划试验,通过对刻划力的测量和分析,验证了竖直方向刻划力相对于刻划速度具有下降特性,即满足了摩擦型颤振的前提条件.最后,通过对2、6、10和13 mm/s 4组不同刻划速度下所刻光栅槽形轮廓的检测,验证了该系统在超过临界刻划速度（在6～10 mm/s）的情况下会有颤振发生.验证实验证明了该摩擦型颤振动力学模型的有效性和稳定性阈的存在性,为深入量化分析并抑制颤振的发生奠定了理论基础.

白光LED用红色荧光粉KLa(MoO_4)_2:Eu^(3+)的制备及发光性能

采用水热法制备红色荧光粉KLa(MoO4)2:Eu3+,通过X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和荧光光谱(PL)对样品进行了表征。实验结果表明:pH值是合成样品KLa(MoO4)2:Eu3+的关键因素,当溶液pH值接近7时,荧光粉的纯度较高,分散性良好、粒度均匀、呈规则球形。这种荧光材料可以被紫外光279 nm、近紫外光395 nm和蓝光465 nm有效激发,发射主峰位于617 nm,是一种可应用于白光LED转换用的新型红色荧光粉。

TC4钛合金的TIG焊接工艺及缺陷分析

研究了4mm厚TC4钛合金板的TIG焊工艺及接头力学性能和其焊缝金相组织,并对相应的焊接缺陷做了分析,总结出焊接电流为100～120A时,焊缝质量最佳,接头力学性能也良好.

Ti-6Al-4V合金手工TIG焊接头的显微组织及力学性能

系统地研究了Ti-6Al-4V合金TIG焊接头的显微组织及力学性能,通过一系列的试验,摸索出一套使接头力学性能处于最佳状态的焊接工艺参数及其相应的显微组织状态。

铝膜层数对机械刻划光栅塑性成槽过程的影响

为揭示铝膜层数对光栅机械刻划过程中铝膜弹塑性变形过程的影响,对不同铝膜的微观结构及力学特性进行观察与测量。建立了基于混合率方法的两相晶粒铝膜模型,利用有限元方法对刻划过程中各模型的应力分布传递规律及弹塑性变形规律进行了研究,对比了不同层数铝膜在刻划过后的槽型情况。结果表明,应用两相晶粒模型可实现对分层铝膜塑性变形规律的表征。靠近刻槽底部的分层界面储存有压应力,阻碍下方晶粒内部拉应力的释放,减小了薄膜的回弹量。相同膜厚下,随着铝膜层数的增加,薄膜的塑性变形逐渐增强。形成的刻槽底角不断减小并接近刀尖角,单层、3层和4层铝膜与刀尖角的差值分别为18.5°、16.3°和15.2°。同时三者的刻槽深度与刻划深度的差值分别为0.848、0.816和0.797μm,侧向隆起高度分别为1.178、1.205和1.326μm。

光栅刻划刀具刃磨振动控制

将刀具振动信号作为表征刃磨过程故障特征信号,采用串级控制方法,通过在线调整刀具向磨盘施加的研磨载荷大小来减小刃磨过程刀具的振动。仿真结果表明,刀具振动可以实时控制,减小了刃磨过程刀具的振动。

基于傅里叶光学原理的新型凹面光栅衍射效率测量方法

凹面衍射光栅兼具色散分光与光束聚焦功能,同时具有像差校正、低杂散光、无鬼线和高信噪比等优势而受到光谱仪器领域的广泛关注。衍射效率作为凹面光栅最重要的技术指标之一,其测量技术水平逐渐成为光谱仪器行业最为关注的课题之一。传统方法一般采用双单色仪结构实现凹面光栅衍射效率的测量,该方法主要存在两方面问题,一是测量标准反射镜和待测光栅的出射光谱带宽不同,二是光栅叠级、杂散光的影响;上述问题的存在降低了高性能凹面光栅衍射效率测量的准确性。本文提出了一种基于傅里叶光学原理测量凹面光栅衍射效率的新方法;针对该方法建立了凹面光栅衍射效率测量的数学模型,并采用光学追迹和傅里叶光学方法相结合对其进行了仿真分析,从而验证了该方法的正确性;针对动镜横移误差、倾斜误差、光源稳定性、动镜运动距离误差等因素影响凹面光栅衍射效率测量精度的问题,提出引入辅助探测器的方法来进一步提高衍射效率测量精度,并对有无辅助探测器情况下的上述误差对衍射效率的影响进行了数学推导和仿真分析,分析结果表明引入辅助探测器可以有效抑制了上述误差对凹面光栅衍射效率测量的影响。对比传统双单色仪测量方法而言,该方法不仅能够解决传统测量方法存在的问题,同时还具有多波长同时测量、高光通量、高分辨率、高波数精度等优势,可以有效提高凹面光栅衍射效率的测量精度和测量效率。

二维光栅位移测量技术综述

超精密位移测量技术不仅是精密机械加工的基础,在以摩尔定律飞速发展的芯片制造行业中也起到决定性的作用。以光栅栅距为测量基准的光栅位移测量系统被广泛应用于多维测量系统,光栅位移测量系统与激光位移测量系统相比,大大降低了对使用环境的湿度、温度和气压的要求。本文主要介绍了近年来国内外基于二维光栅的位移传感系统光学结构的发展现状,从零差式和外差式光栅干涉测量原理入手,综述了基于单块二维光栅的光学结构到多块二维光栅耦合设计的光学结构发展历程,对比分析了几种二维光栅位移测量系统的优缺点,并展望了二维光栅位移测量系统发展趋势,总结了二维光栅位移测量系统的工程化进程。

基于悬臂梁称重传感器的圆弧刀研磨力测量仪设计

为解决双圆锥形圆弧刀研磨力在线测量难题,设计了杠杆原理为基础的圆弧刀研磨力测量仪,建立了圆弧刀与磨盘之间研磨力数学模型。该仪器采用悬臂梁称重传感器,并以DSP2812为主控芯片,实现了圆弧刀研磨力的在线采集、处理、存储及实时显示等功能。实验表明:仪器的称重传感精度优于0.15 N,圆弧刀研磨力变化范围降低28.8%,满足圆弧刀研制的需求。该仪器性能稳定,具有较好的实用价值,为高质量的圆弧刀研制和光栅刻划技术提供了技术保障。

中阶梯光栅-平面镜型空间外差拉曼光谱仪对无机化合物的探测

为了实现高分辨率、宽波段的空间外差拉曼光谱探测,使用中阶梯光栅的四个衍射级次,每个级次的对应一定范围光谱,总的光谱探测范围得到了扩增,最终根据设计,搭建了一台中阶梯光栅-平面镜的空间外差拉曼光谱(Echelle-Mirror Spatial Heterodyne Raman Spectroscopy,EMSHRS)实验平台。通过标准光源进行光谱定标得到该仪器的理论光谱分辨率为1.033 cm^(-1),单个衍射级次对应的波段宽度为1058 cm^(-1),最后对三种无机物进行了光谱探测和分析,实验结果表明中阶梯光栅-平面镜型空间外差拉曼光谱技术可实现对无机物的快速、高分辨和宽波段检测,具有良好的应用前景。

精密轴系在低温环境下的精度变化

从材料的物理性能、金属材料学及装配间隙等方面对低温环境中精密轴系的精度变化进行了介绍,总结出了在低温环境下保证精度的行之有效的方法。

消失模铸造工艺在大口径球铁管件生产中的应用

根据大口径球铁管件的生产实践,介绍了采用消失模铸造工艺生产大口径球铁管件的经验,包括模具制造、原辅材料选择、以及造型浇注工艺制订等内容,论述了部分缺陷的产生原因及防止措施。