陶瓷材料微波辅助塑性切削技术综述

介绍了国内外陶瓷材料加工方法研究概况,提出一种微波辅助切削加工陶瓷材料的新方法。该方法利用微波加热使陶瓷材料在较高温度下塑性化,从而获得到较好的加工性。介绍了微波加工试验样机的设计方案,包括微波电路图、刀具与微波天线一体化结构等。

微纳V槽脆/塑性域切削的3D激光检测及评价

针对微纳米级功能V槽微细加工及评价困难的问题,采用单点金刚石切削方法在超精密机床上对光学玻璃进行了V槽的微纳尺度加工,且利用非接触激光检测技术展现了V槽的加工形貌。依靠单晶金刚石的锋锐刃角在光学玻璃上进行V槽的微纳尺度切削试验,利用3D激光超精密检测仪器检测加工的V切痕,构建了微V槽切痕的形貌图,并建立了V槽形状误差PV值和V槽尖角圆弧半径的评价模式。最后,分析了微纳尺度加工中切除深度与V槽角度的形成机理以及切削深度对V槽形状误差及其尖角圆弧半径的作用机制。结果表明,在亚微米级尺度加工中存在一个脆/塑性域切除加工状态转变的临界切削深度0.386μm。在切削深度<0.386μm的塑性域切削中,金刚石刀具尖角形状可以复制到工件表面,形成深度<0.386μm、形状误差PV值约为0.103μm的V槽。此外,由于V槽尖角圆弧半径在塑性域切削中随着切削深度减小而减小,所以切削深度需控制在V槽临界成型深度0.365μm以下,才能形成尖角半径为0.182μm的完整V槽。实验也表明,利用非接触激光检测的3D数据建立V槽形状误差PV值和尖角圆弧半径的参数模型,可用于V槽加工精度和微细程度的评价。

KDP晶体塑性域切削技术研究

通过对KDP晶体等脆性材料压痕实验中的塑性行为分析,说明了实现KDP晶体等脆性材料塑性域切削的可行性。通过对脆性材料的切削模型进行分析,阐明了刀具几何尺寸以及切削用量对KDP晶体切削过程的影响。分析已有模型的不足,同时提出了从微观角度建立材料脆性断裂判据,以完善KDP晶体塑性域切削机理的研究思路。

塑性流动挤出切削制备梯度结构铝薄板的仿真分析

塑性流动挤出切削(plastic flow machining,PFM)工艺是一种新型的大塑性变形(severe plastic deformation,SPD)工艺,所制备的铝薄板沿厚度方向呈现明显应变梯度,且晶粒尺寸由一侧的超细晶粒逐渐过渡到另一侧的粗大晶粒。这种梯度结构铝薄板兼顾了高强度与高塑性,具有很好的应用前景。在PFM工艺中,模具结构对梯度结构薄板成形起到了关键甚至决定性的作用,但目前缺少相关研究。采用控制变量法,通过有限元模拟不同模具结构下梯度结构铝薄板的成形。结果表明,梯度结构铝薄板的侧向挤压比x、左侧等效应变ε_(L)及右侧等效应变ε_(R)均与模具的开口圆角R及挤压角度C的取值密切相关,且x随着R及C的增大而减小。此外,当R为1.5 mm、C为120°时,ε_(R)与ε_(L)之差最大。

微细塑性铣削单晶硅实验研究

为了深入探讨塑性铣削单晶硅的切削机理,对单晶硅进行了微细铣削实验研究.结果表明,合理地设定铣削参数与保证特定的铣削环境都很重要,在这个前提下,可以实现塑性切削,在单晶硅上获得具有完整几何外形的特征,同时表面质量可以达到单纳米级别.

TC4钛合金电塑性车削表面质量试验研究

为提高TC4钛合金车削工件表面质量,提出基于电塑性效应的新型辅助加工方法。通过对比普通车削(CT)与电塑性车削(ET)两种不同加工方法下的切削力和表面粗糙度,验证了电塑性车削的优越性,获得了脉冲电流参数对工件表面粗糙度和切削力的影响规律。与普通车削相比,电塑性辅助车削加工的工件表面质量得到明显改善且切削力显著降低。为了获得较高的表面质量及较小的切削力,钛合金电塑性切削宜选用较高的放电电压及较低的放电频率。

基于大刃倾角刀具的玻璃切削加工机理

针对功能玻璃硬度高、脆性大、容易在已加工表面产生裂纹和凹坑的特性,提出基于大刃倾角刀具的玻璃切削加工方法.该方法能在亚毫米级的切削深度下高效地获得无裂纹和凹坑的完整表面.文中分析了大刃倾角刀具切削玻璃的机理以及刀具参数、切削用量对已加工表面质量的影响.实验结果表明:大刃倾角刀具切削玻璃时,表面粗糙度Ra达0.21μm,表面完整性优于传统的玻璃精磨时的表面;要获得较好的已加工表面质量,刀具参数和切削用量都存在一个较佳的取值范围.

硒化锌晶体超精密切削材料去除机理研究

硒化锌晶体在红外成像与激光系统中有着广泛的应用,作为典型软脆性材料,其材料去除机理目前尚不清晰,获得超光滑表面仍极具挑战。文中采用槽切法研究刀具负前角对硒化锌晶体脆塑转变临界深度的影响。通过分析最大未变形切削厚度随切削参数变化规律,提出实现硒化锌晶体塑性域切削的理论模型。借助场发射扫描电子显微镜、白光干涉仪和拉曼光谱仪,系统分析了进给率对工件表面粗糙度、表面完整性及亚表面损伤的影响,提出表面缺陷形成机理,进而揭示硒化锌晶体材料去除机理。

氟化钡晶体超精密切削材料去除机理研究

氟化钡晶体在红外成像与激光系统有着广泛而重要的应用,作为典型的萤石型离子晶体,其材料去除机理目前尚不清晰,获得超光滑表面仍极具挑战。本研究采用槽切法研究氟化钡晶体脆塑转变临界深度、脆塑转变机制及表面缺陷形成机理。通过分析最大未变形切屑厚度随切削参数的变化规律,提出实现氟化钡晶体塑性域切削的理论模型。对氟化钡晶体进行了端面车削,并借助场发射扫描电子显微镜和轮廓仪对表面微观形貌和表面粗糙度进行了检测。研究表明,在进给率为0.5μm/r,切削深度为5μm的条件下,氟化钡晶体能够在塑性切削模式下实现材料去除,并成功加工出粗糙度Ra值为2.76nm的光滑表面。

KDP晶体超精密加工技术的研究

通过对KDP晶体等脆性材料的塑性域切削进行理论分析 ,研究实现脆性材料塑性域切削的条件。激光核聚变KDP晶体的 3项主要技术指标是 :表面粗糙度、波纹度和透射波前 ,通过分析影响这 3项技术指标的因素 ,提出了实现KDP晶体精密加工的超精密机床和工艺参数。通过理论分析与实验 ,研究了晶向、刀具前角、刀具圆弧半径和进给量等参数对表面粗糙度的影响 。

恒定大载荷划痕试验下紫铜的三维形貌及划痕硬度分析

采用圆锥形压头对紫铜进行划痕试验,并通过三维表面形貌仪获取划痕的三维形貌,研究正压力的变化对划痕沟槽所产生的影响.结果表明:正压力的增大,使得划痕宽度和深度均线性增加,当正压力较大时,位错墙的形成使划痕深度出现周期性的波动,同时压头划刻过程伴有划痕两侧和前端的材料堆积现象,前端堆积高度和厚度、两侧堆积高度和宽度随着正压力的增加而线性增大.通过"切削与塑性比"说明了压头对紫铜的刻划存在微犁耕和微切削两种变形机制,并且微切削机制在划刻过程中占主导地位.磨损率随着载荷增加而线性增大,但划痕硬度不随载荷的变化而改变,约为0.77 GPa.

The formation mechanism and the influence factor of residual stress in machining

Residual stresses generated in cutting process have important influences on workpiece performance. The paper presents a method of theoretical analysis in order to explicate the formation mechanism of residual stresses in cutting. An important conclusion is drawn that the accumulated plastic strain is the main factor which determines the nature and the magnitude of surface residual stresses in the workpiece. On the basis of the analytical model for residual stress, a series of simulations for residual stress prediction during cutting AISI 1045 steel are implemented in order to obtain the influences of cutting speed, depth of cut and tool edge radius on surface residual stress in the workpiece. And these influences are explained from the perspective of formation mechanism of residual stress in cutting. The conclusions have good applicability and can be used to guide the parameters selection in actual production.