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。

基于有限元法的导电滑环刷丝成型特性分析

导电滑环刷丝的工作性能对卫星的整体能源安全与在轨寿命有着至关重要的影响。为了保证信号和电流的实时传递,需要对刷丝角度进行控制。本研究通过有限元法的理论分析,建立了电刷板和刷丝的三维模型;结合显式动力学和隐式静力学的有限元模拟方法,确定了刷丝最佳的角度成型方式,完成了刷丝角度成型与回弹的有限元模拟;提出了一种基于有限元针对刷丝角度回弹过程的测量方法,并对刷丝回弹角的仿真值与理论值进行了对比分析。结果表明:与单侧偏转板和双侧短夹持板相比,双侧长夹持板对刷丝角度成型的作用方式最佳;刷丝的回弹角度与成型角度呈正相关,刷丝的成型角度越大,刷丝成型后的回弹变形值越大;刷丝成型角度在120°以上时,由于残余应力过大,所以刷丝材料很可能发生破坏。为了防止刷丝在发生弹塑性变形时其材料左侧根部发生破坏,应将夹持板左侧夹紧面尽量贴近刷丝左侧根部位置,对刷丝根部增加约束,以保证刷丝角度成型的质量;刷丝回弹角度的最大相对误差约为2°,但平均误差值在1°左右,总体回弹趋势基本一致,可以很好地表示出刷丝回弹角度的变化规律。

玻塑混合定焦镜头热离焦与补偿分析

在玻塑混合定焦安防镜头中塑胶镜片、玻璃镜片、镜框的材料性质差异较大,复杂温度环境下,镜头机械结构热变形与光学消热设计会共同影响像质。为保证镜头复杂温度环境下成像稳定,根据安防镜头−40℃~80℃的测试温度,对镜头进行光机热一体化分析。在Ansys workbench中建立镜头热结构有限元模型,计算镜头的热弹性变形;使用Zernike多项式拟合镜面的面型变化,将拟合结果导入Zemax中,判断温度载荷对像质的影响。光机热一体化分析结果表明:在极限测试温度载荷下,镜头底座的材料为聚碳酸酯混合20%玻璃纤维时,有效补偿了Zemax中模拟光学系统本身的热离焦量;镜框材料为聚碳酸酯混合30%玻璃纤维时,塑胶镜片所受挤压应变最大为2.36×10^(−3) mm;镜框材料为聚碳酸酯混合20%玻璃纤维时,塑胶镜片所受挤压应变最大为0.53×10^(−3) mm,第二种镜框材料可以使镜头像质保持稳定。最后通过对镜头高低温法兰焦距测量试验,验证了镜头的温度适应能力和光机热一体化分析的准确性。

天然金刚石的超声辅助研磨工艺仿真与实验

为提高天然金刚石研磨的表面质量,引入超声振动进行复合研磨加工,建立非弹性碰撞理论模型,计算超声振动幅值。以表面粗糙度为指标,研究超声振幅、研磨转速、磨粒粒度相关工艺参数对天然金刚石(100)晶面材料去除的影响,并寻求最优工艺参数。结果表明:(110)晶面易磨方向的振幅取值范围为3.1~8.7μm,(100)晶面易磨方向的振幅取值范围为2.9~9.1μm。通过正交实验获取的(110)晶面研磨最优工艺组合参数是超声振幅为6.0μm,研磨盘转速为2800 r/min,金刚石磨粒粒度代号为M3/6。与传统机械研磨相比,超声辅助研磨后的金刚石(100)晶面表面粗糙度Ra为16.21 nm,同比下降了63.83%。超声辅助研磨天然金刚石可以获得比传统机械研磨更好的表面质量。

激光原位辅助金刚石刻刀耦合效应分析

本研究以激光原位辅助刻划为基础,对激光原位辅助金刚石刻刀的传播路径进行分析,为保证入射激光束经由金刚石刻刀后射出,首先通过理论计算对激光入射位置进行求解,求解后利用COMSOL Multiphysics软件对求解的激光入射位置进行数值模拟仿真验证,并对从刻刀射出的激光功率密度进行分析,最后通过实验验证所求结果的准确性。本研究为激光原位加工刀具的设计和后续的刻划实验提供了依据,为类似的激光原位加工提供了一种可行的理论方法。

中阶梯光栅铝膜的大压深纳米压痕试验

为研究光栅铝膜在机械刻划深度范围内的弹塑性变形特征,通过纳米压痕仪的Berkovich压头对现有79 g/mm中阶梯光栅铝膜进行大压深连续纳米压痕试验测试。按10 s-10 s的加-卸载方式进行压深步0.5μm、最大压深5.0μm、每个压痕步重复6次的连续压痕试验,获得整个压深尺度范围内弹性模量、硬度、最大回弹量、等效回弹锥角和回弹系数随压深的变化规律。光栅镀铝膜层材料的弹性模量、硬度在浅表层体现出较强尺寸效应,同时在镀铬过渡层和玻璃基底综合效应的影响下出现"拐点"极值;残余压痕的最大回弹量随压深近似线性增加,但是相对压深的回弹量、等效回弹锥角和回弹系数均随压深减小,这表明光栅铝膜在机械刻划深度范围内的回弹性能受压入深度的影响较大。这对于认识现有中阶梯光栅镀铝膜层材料的力学性能并改进镀膜工艺具有重要意义。

薄膜反射镜的成形控制

针对望远镜发射系统承载空间与承载质量的限制与大口径、高分辨率反射镜使用需求之间的矛盾,开展了轻质柔性薄膜反射镜地基试验研究,实现了静电拉伸式薄膜反射镜的精确成形控制。针对口径为300 mm的同心环分布式电极静电拉伸聚酰亚胺镀铝薄膜反射镜,基于泊松方程的薄膜小变形近似求解,并通过确定每环电极对面形的影响函数来确定分布式电极对反射镜薄膜成形的控制矩阵,进而利用最小二乘法求得了分布式电极对面形精确控制所需的分布电压。用ANSYS有限元分析法对比结果,分析相关误差并总结控制方法。结果显示,在薄膜中心变形量超过2.5 mm以后,基于泊松方程的理论求解和ANSYS有限元分析结果相差很大,计算面形与理想面形偏差也很大;认为只有综合运用数值计算和有限元分析,通过确定分布式电极对面形的控制矩阵,运用最小二乘法求解分布式电压,才能准确地实现薄膜小变形面形的预知和控制。

薄壁零件的制造工艺研究现状

薄壁零件制造过程中的变形控制研究是现代制造领域的重要课题。介绍了薄壁零件的结构特点,分析了加工变形的影响因素,表明材料与结构、装夹工艺、切削力与切削热、以及残余应力是造成薄壁零件变形的主要原因。并在此基础上总结了相应的控制方法,给出了相关技术的发展趋势。只有考虑薄壁件全局的影响因素,结合理论建模、仿真分析和试验相结合的手段才能更好地进行薄壁件产品加工变形的分析与控制,提高薄壁件量产的成品率和加工质量,为控制薄壁零件变形提供了依据。

高速变焦液体透镜的发展动态综述

高速变焦液体透镜是光学成像领域内新兴的一个研发热点。首先从微流控方法和机理的角度介绍了近几年国内外学者研究的高速变焦液体透镜技术,阐述了相关技术特点和发展趋势。最后,对高速变焦液体透镜技术在军、民若干领域的具体应用进行了分析,对该技术的前景和面临的挑战进行了展望。

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.

基于ANSYS Workbench的激光打孔机模态分析

振动是机械结构不可避免的问题之一,它能造成加工误差,影响零件的加工精度。利用CAD建立激光打孔机初始设计结构的三维实体模型,采用ANSYS Workbench对其进行了模态分析。分析结果表明,初始机床设计结构将发生共振,需提高床身部分的刚度以避免共振。为激光打孔机床的设计、制造提供了理论依据。

超精密径向调刀飞刀盘研制及弧形微结构的飞切实验

采用超精密飞切技术实现的脆性光学晶体材料表面的微结构功能具有重要应用。针对超精密车削机床缺乏竖直Y轴的问题,开发了一种铝制径向调刀飞刀盘,从而可以保证飞切槽形时对槽深的控制。采用差动螺旋进给机构在传统飞刀盘盘面径向设计了金刚石刀具的微调进给装置,并设计了动平衡的粗、精调功能。通过对单晶锗片表面的超精密飞切弧形槽微结构阵列的加工实验表明,该飞刀盘既可以有效相对工件表面进行对刀,也可以精确控制落刀深度;通过合理确定落刀深度,可以实现脆性晶体材料单晶锗表面弧形槽微结构的塑性区超精密飞切加工。

中阶梯光栅铝膜的纳米压入测试

对槽线密度为79线.mm-1的中阶梯光栅铝膜进行了深度3μm的纳米压痕试验,并采用有限元模拟结合正交分析的方法对其进行计算和分析,得到初步优化的参数组合,最后通过迭代优化求解最优组合。结果表明:中阶梯光栅铝膜的平均弹性模量为85.7GPa,最优测试参数组合为屈服应力134MPa和应变硬化指数0.09;所建立的光栅压入测试有限元模型的计算准确性对屈服应力的输入较为敏感。

衍射光栅机械刻划过程的有限元仿真分析

研究关于衍射光栅机械刻划的槽形精度控制问题。衍射光栅机械刻划是一种在超精密刻划机上利用金刚石刀具对光栅铝膜进行微细挤压的成形技术,表面成形精度要求高。但是由于光栅机械刻划工艺复杂,刻划过程中铝膜材料的成形机理难以掌握,内部流动规律和变形特征无法认识。为了解决上述问题,首先根据铝膜压痕实验建立拟实条件,在Deform 3D金属成形仿真环境下通过实体模型导入时的缩小比例功能实现尖劈刻划刀的微刃口建模,并建立了机械刻划光栅铝膜的有限元仿真模型。通过和实验槽形结果的对比,验证了仿真模型的精确性。最终获得了铝膜材料在刻刀及其刀尖钝圆作用下的流动规律,揭示了机械刻划光栅过程中铝膜的弹塑性变形特征,为衍射光栅机械刻划工艺的研究提供了依据。

超精密车削单晶锗表面性能分析

单晶锗是典型的红外光学晶体材料,其加工表面的评价方法大都局限于面形精度,而加工过程所产生的位错及晶面间距变化也会影响单晶锗的使用性能。为了全面地评价单晶锗加工后的表面性能,通过表面粗糙度轮廓仪、X射线衍射仪等设备,对超精密车削的单晶锗平面及曲面进行了表面粗糙度和X射线检测,获得了针对单晶锗平面的表面粗糙度与位错密度相结合的性能评价方法,及针对单晶锗曲面的表面粗糙度与晶面间距变化程度相结合的性能评价方法。相关研究对单晶锗在红外光学及其它领域的加工应用有重要意义。

慢刀伺服车削渐进多焦点透镜的刀具路径生成与实验

针对渐进多焦点透镜的高效、高质量加工需求,基于慢刀伺服的超精密车削技术提出了一种等弧长-角度混合刀触点离散方法,模拟分析了金刚石圆弧车刀在加工渐进多焦点透镜时的三维刀具轨迹形貌。通过程序生成,采用超精密慢刀伺服车削的方法在超精密机床上进行了PMMA材料渐进多焦点透镜样件的加工,经检测分析,验证了刀具生产算法的可行性和有效性,加工效率和加工质量得到了有效保证。研究成果对于渐进多焦点透镜自由曲面加工技术的发展具有重要意义。

天然金刚石的水射流引导激光切割及检测分析

金刚石工具行业的快速发展,需要对大量的天然金刚原石颗粒进行精密切割和细分,从而方便通过后续的研磨抛光来实现高精度的金刚石工具制备。相对于传统的手工劈切和激光切割方法,采用水射流引导激光(Laser Micro Jet,简称LMJ)切割方法对天然金刚石原石进行了精密、高效切割分离,并采用光学显微镜和X射线衍射仪(XRD)等检测手段对切割后的金刚石表面(110)晶面进行了物相成分和残余应力的检测分析,通过和激光切割后的样品结果对比获得了LMJ切割天然金刚石的有益效果。这对于完善金刚石原石的LMJ切割工艺具有重要意义。

某型汽车水泵流体动力学仿真与试验

水泵工作过程中内部循环水的流体动力学特性对水泵性能产生重要影响,通过水泵流体动力学仿真分析可以预先为水泵定型投产后的性能研究提供依据。本文采用流体动力学仿真软件对某型汽车水泵进行了流体动力学有限元建模分析,并针对不同转速和流量工况条件开展了相关仿真模拟、计算对比和试验研究。既验证了水泵流体动力学仿真模型及内部流体运动规律分析的有效性,又获得了该水泵的理论扬程、轴功率和总效率等数值,总结了相关影响规律,为该汽车水泵的设计、性能预测和制造提供了理论依据。

衍射光栅机械刻划成槽过程中的应力拓扑分析

衍射光栅机械刻划属于超精密刻划,其刻划过程是利用金刚石刻刀对铝膜材料进行的多线顺序刻划。由于光栅槽面精度要求较高,而光栅槽面精度与其表面应力分布有很大关系,为此我们以衍射光栅为研究背景,通过CATIA对金刚石尖劈刀进行三维建模并利用缩小比例功能在DERORM-3D中建立衍射光栅机械刻划的有限元仿真模型,以更好地分析衍射光栅机械刻划过程中光栅槽面的应力分布情况,揭示衍射光栅机械刻划过程中槽面的弹塑性变形规律,为提高槽形质量提高依据。

基于ABAQUS的某汽车悬架控制臂仿真模态分析

振动是汽车零部件中不可避免的问题之一,严重时会导致零部件的早期失效,影响汽车工作性能。利用CATIA软件建立了初始设计汽车悬架控制臂的三维模型,采用ABAQUS对其进行了模态分析,分析结果表明初始设计的控制臂结构将发生共振。通过分析该控制臂结构的第5、6阶振型图,找到了薄弱环节,增加了螺栓孔、衬套处臂体侧表面厚度及在相对大跨度臂体处添加加强筋,提高了该控制臂结构的振动特性。为控制臂设计、制造提供了理论依据。