二维超声复合电解/放电展成加工试验研究

为了提高铝基复合材料的表面成型质量和加工效率,提出了应用低电压、低电流密度的二维超声复合电解/放电展成加工(2UE/DM)技术。利用镀覆金刚石磨粒的工具侧面对复合材料进行3种不同工艺对比试验和3组参数下的性能试验,测量了铝基陶瓷增强复合材料(SiCp/Al)在质量分数0.5%的NaNO3溶液中展成加工时的电流、材料去除率(MRR)和表面粗糙度,探究了工具转速、电压和振幅对加工效率和质量的影响。结果表明,工件振动周期性改变加工间隙,单位周期内的放电频率增加了2倍;5000 r/min时放电频率减少,而表面粗糙度比1000 r/min降低了13.2%;在电压为6 V时,材料去除率达到0.89 mm^(3)/min,比3 V电压时增加45.9%,但较高电压导致裸露更多增强颗粒,比3 V时的表面粗糙度高出1.4μm;振幅增至5μm时,表面粗糙度比2μm时降低了17.5%,具有较高的加工质量。

二维超声ELID复合平面磨削系统磨削力研究

对硬脆材料在二维超声电解在线砂轮修整技术(electrolytic in-process dressing,ELID)复合平面磨削条件下的磨削力进行理论研究,建立超声ELID复合磨削力模型。由磨削力公式可知:磨削力除了与超声波的振幅、角频率有关外,同时还受到电流的影响,且随电流的减小,磨削力逐渐增大。在不同磨削深度与砂轮转速条件下采集磨削力,并与理论值进行对比。结果显示:理论值与实测值趋于一致;法向磨削力与切向磨削力均随着磨削深度的增大而增大,随着砂轮转速的增大而减小。

二维超声振动辅助磨削氧化铝陶瓷的磨削力对比研究

冲击力、材料硬度的变化以及超声振动的施加方式是磨削力降低的主要原因。在普通磨削的基础上加入二维超声振动,分析磨削力的影响机制,在相同的磨削参数条件下,对氧化铝陶瓷进行普通磨削和二维超声振动磨削对比实验研究,分析工件进给速度、砂轮线速度、磨削深度对磨削力的影响。结果表明:二维超声磨削的法向、切向磨削力均小于普通磨削,磨削力降幅随着工件进给速度和砂轮线速度的增大而减小,随着磨削深度的增大而增大;普通磨削和二维超声磨削的法向、切向磨削力均随着工件进给速度和磨削深度的增大而增大,随着砂轮线速度的增大而减小。

电火花—ELID磨削复合法加工铝基金刚石试验研究

采用电火花—ELID磨削复合法对铝基金刚石进行精密磨削加工试验,探究不同工艺参数对铝基金刚石加工表面质量的影响规律,并对工艺参数进行优化。试验结果表明,采用放电电流为16A、放电电压为90V、脉冲宽度为30μs、铜极转速为400r/min电火花加工工艺参数进行粗加工,采用电解电压为70V、占空比为60%、砂轮进给量为0.8μm/次、砂轮转速为2880r/min的ELID磨削工艺参数进行精密加工,可实现铝基金刚石材料的精密加工,并获得了表面粗糙度Ra=136nm的铝基金刚石加工样件。

二维超声振动磨削陶瓷的表面质量试验研究

采用金刚石砂轮对陶瓷材料进行了不同参数下的普通磨削和二维超声振动磨削试验,对获得的不同表面质量特征及不同的加工参数对表面质量的影响进行了分析。实验结果表明,在同样的加工条件下,超声振动磨削表面的沟槽浅而宽,在超声振动下砂轮不易堵塞,利于使用细砂轮磨削,因此超声振动磨削可以提高陶瓷材料的表面质量。

二维超声振动磨削机理与试验研究

基于单颗磨粒切削运动轨迹仿真模型，定义了单颗磨粒在工件表面的相对运动轨迹为“椭螺线”曲线轨迹．分析了二维超声振动磨削机理，进行了二维超声振动磨削与普通磨削对比试验．试验结果表明：同样磨削条件下，二维超声振动磨削法向力可以减少20％～30%，材料去除率增大近2倍；原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）表面微观特性分析表明：二维超声振动磨削表面明显优于普通磨削，具有优良的表面完整性．二维超声振动磨削是一种精密、高效的加工新工艺．

二维超声磨削纳米复相陶瓷表面残余应力研究

采用二维超声振动磨削和普通磨削方式,利用X射线衍射仪,对纳米复相陶瓷和氧化锆陶瓷表面残余应力的性质及大小进行了研究。实验表明,残余应力是磨削条件、相变应力和裂纹释放应力综合作用的结果。得到结论:在相同的磨削条件下,超声磨削的切向残余拉应力比普通磨削方式的小,法向残余压应力则比普通磨削的大;磨粒尺寸越小,残余拉应力越小;材料以塑性方式去除时,残余应力表现为压应力;超声磨削的m相变率比普通磨削的小。

二维超声磨削微纳米复相陶瓷表面变质层特性研究

利用二维超声振动磨削,对微纳米复相陶瓷磨削表面变质层的结构、晶粒度和晶格畸变等进行研究。在一定的磨削条件下,微纳米复相陶瓷二维超声振动磨削表层是以晶粒碎化的材料粉末化以及少量的材料压碎和晶粒脱落等方式为主的塑性变质层,亚表层是以晶格畸变、晶界滑移为主的塑性变形层,材料脆性碎裂去除方式极少,以塑性变形去除机理为主。为此提出了微纳米复相陶瓷二维超声振动磨削表面变质层结构模型。通过TEM,SEM观察发现:纳米材料微观变形机理为内晶型结构增强相的晶粒内位错,基体晶粒的晶界滑移、晶间第二相的变形为其变形协调机制。由于纳米粒子分散在晶界间,阻碍了裂纹的扩展,使得材料表现为穿晶断裂行为,从而获得良好的加工表面。

超声ELID复合磨削砂轮表面氧化膜行为试验研究

根据电化学原理针对氧化膜的形成过程建立氧化膜形成的数学模型,为后续试验提供一定的理论依据。为探究超声ELID复合磨削对铸铁结合剂金刚石砂轮表面氧化膜的影响,以氧化膜表面的裂纹及坑洞的形态和氧化膜成膜厚度作为氧化膜表面形貌轮廓的特性指标,通过试验探究了在预修锐阶段砂轮转速、超声振动及ELID电参数对氧化膜成膜行为的影响,以及在动态磨削阶段砂轮转速、轴向进给量、磨削深度及磨粒粒度对砂轮表面氧化膜的形貌轮廓的影响。利用单因素研究方法分析各加工参数在动态磨削阶段对砂轮表面氧化膜成膜行为的影响,为以后定量控制氧化膜行为状态提供可靠依据。

基于新型二维超声磨削方式的工装设计及其振动特性实验

对硬脆材料而言,超声波复合加工是一种有效的加工方法。设计制造了针对太平板陶瓷的二维超声磨削用工装,指出了在设计时要注意的几个关键问题。通过振动性能实验,证明了在不改变砂轮主轴箱结构的情况下,利用该工装可实现陶瓷平板的超声磨削。

单颗磨粒超声ELID复合磨削试验研究

基于超声ELID复合磨削的运动特性建立简单的超声ELID复合磨削模型,并对砂轮表面的磨粒在内圆磨削过程中的运动特性进行了系统分析。根据磨粒的运动特点建立了单颗磨粒运动轨迹的数学表达式,并应用MATLAB软件建立了单颗磨粒运动轨迹模型,重点分析了单颗磨粒运动轨迹在内圆磨削过程中对工件材料去除率及工件表面质量的影响。采用对比试验加以分析,对Zr O2陶瓷分别进行了超声ELID复合磨削和普通ELID磨削,试验结果表明超声ELID复合磨削较普通ELID磨削具有更高的加工效率和良好的表面质量。

二维超声振动辅助化学机械磨削技术及单晶硅实验

为了提高材料去除率和加工通用性,本文提出了工具施加二维超声波振动辅助的化学机械磨削(CMG)复合加工方式,开发具有伸缩和弯曲两种模态的二维超声波振动子及实验装置.以单晶硅片为加工对象,进行单点切削加工轨迹特性分析,并比较不同加工模式以及加工参数对表面粗糙度和材料去除率的影响.实验结果表明,二维超声辅助下的单点切削轨迹存在更多延性加工趋势.在同样普通机床精度条件下,随着时间的增加,二维超声辅助CMG表面粗糙度明显改善,达到纳米级.较无超声情况下二维超声波辅助CMG复合加工材料去除率提高约1倍,可获得最优表面粗糙度5 nm,一维径向超声辅助加工结果次之.

Al_2O_3/ZrO_(2(n))陶瓷二维超声振动磨削表面特征试验研究

基于Al2O3/ZrO2(n)微-纳米复合陶瓷的"晶内型"微观结构,进行了二维超声振动磨削与普通磨削对比试验研究。应用AFM重点分析了微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削表面特征。AFM轮廓特征分析表明:同样磨削条件下,二维超声振动磨削表面峰谷较均匀,磨削表面均匀一致性优于普通磨削表面,二维超声振动磨削更易于实现塑性域磨削,可提高陶瓷磨削表面质量。

纳米ZrO_2陶瓷二维超声磨削温度实验研究

磨削参数的选择对工件表层磨削温度有着重要影响。本文采用人工热电偶法,通过普通磨削和二维超声振动磨削的对比实验,重点分析了对纳米ZrO2陶瓷平面磨削温度影响最大的磨削参数——磨削深度的影响。实验表明当磨削深度超过临界磨削深度时,陶瓷材料的被去除机理将由塑性去除转变为脆性去除破坏,磨削温度也显著升高。此外,本文还从粒径角度对纳米ZrO2陶瓷材料的磨削温度进行了实验研究和分析。

二维超声磨削复相陶瓷加工表面质量的试验研究

本文通过对二维超声磨削纳米复相陶瓷和普通磨削进行对比试验研究,分析了磨削深度、工件速度、砂轮粒度对工件表面质量的影响。研究结果表明,采用二维超声振动磨削能大大提高工件的表面质量;表面粗糙度随着切深的增大而增大,随着切削深度的进一步增加,超声振动在磨削加工中所起的作用减弱;二维超声振动磨削大大扩大了复相陶瓷磨削的塑性加工区域,二维超声振动磨削过程的塑性域是切削深度小于5μm,而普通磨削塑性域是磨削深度小于2μm;二维超声振动磨削时,表面粗糙度随着砂轮粒度的减小而明显减小,且比较稳定,故二维超声振动磨削有利于使用细粒度砂轮;工件速度对二维超声振动磨削表面粗糙度影响很大,其值随着工件速度的增加而增大。

二维超声振动磨削工程陶瓷磨削力试验研究

在自行研制的二维超声振动磨削系统下对振动磨削工程陶瓷的磨削力进行了实验研究;在相同磨削参数下,与普通磨削的磨削力进行了比较和分析。试验得出:在相同的切削深度下,超声振动磨削力约为普通磨削力的60%-80%;随着超声波功率的增大磨削力减小。

响应曲面法优化超声振动辅助ELID复合内圆磨削ZTA陶瓷的边界损伤长度

本文基于响应曲面法的Box-Behnken设计方法,开展超声振动辅助在线电解修整(ELID)复合内圆(UAEI)磨削氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷试验,建立响应面模型;结合显著性检验、试验得到的响应曲面和等高线图,研究ELID电源电压、磨削深度、轴向进给量和砂轮转速四个工艺参数及其交互作用对边界损伤长度的影响规律;以最小边界损伤长度为优化目标,得到UAEI磨削ZTA陶瓷的最优参数组合为:EILD电源电压86.39 V,磨削深度为1.55μm,轴向进给量为81.24 mm/min,砂轮转速为2741.41 r/min,得到最优边界损伤长度理论预测值L tv为6.537μm。经过试验检验,相对误差在合理范围内,所建立的响应面模型具有较高精度,为UAEI磨削加工工艺参数的合理选择提供一定的参考。

Al_2O_3/ZrO_(2(n))微-纳米复合陶瓷超声振动精密磨削表面微观特征试验研究

基于Al2O3/ZrO2(n)微-纳米复合陶瓷的“晶内型”微观结构,应用原子力显微镜(AFM)重点分析了微-纳米复合陶瓷二维超声振动磨削表面微观形貌。结合磨削表面X射线衍射定性分析与定量计算,研究了“晶内型”微-纳米复合陶瓷材料超精密振动磨削表面变质层结构。X射线衍射分析表明:二维振动磨削和普通磨削表面均以α-Al2O3和四方相ZrO2为主,存在少量单斜相ZrO2,磨削表面无非晶相产生;磨削表层和基体之间的过渡层的X射线衍射峰具有半峰宽化现象。AFM分析结果表明:细粒度金刚石砂轮普通磨削和振动磨削表面均无微裂纹和断裂破碎,磨削表面粗糙度是由不同幅值的多种波形叠加的结果;AFM轮廓特征分析表明:二维超声振动磨削表面峰谷较均匀,磨削表面均匀一致性优于普通磨削表面;材料晶化过程中产生的固有缺陷是限制硬脆材料近纳米表面形成的重要因素。

基于有限元的二维超声椭圆振动台优化与分析

针对二维超声椭圆振动台振动轨迹误差较大的问题,结合数学理论,分析产生误差的主要原因。通过在SolidWorks中建立了振动台的几何模型,并利用有限元软件仿真了振动台的模态。以振动台的伸缩模态频率和弯曲模态频率为基础,采用区间消去法优化了二维振动台的尺寸参数,使得两种振动模态频率相近。并对所优化的模型进行谐响应分析,拟合了振动台表面的运动轨迹。最终通过优化得到振动台的设计尺寸,将振动台的两种模态频率差值控制在0.5Hz,由此减少了振动椭圆轨迹的误差。