基于预制孔的SiCf/SiC复合材料微小孔超声振动辅助钻削加工研究

SiCf/SiC复合材料是典型的硬脆性难加工材料。为解决SiCf/SiC复合材料微小孔(<1 mm)加工难题,提高加工精度和改善加工质量,先采用脉冲激光预制SiCf/SiC微小孔,再在不同预制孔尺寸和加工参数下开展直径0.5 mm的SiCf/SiC微小孔超声振动辅助钻削加工试验,最终确定了合适的激光预制孔尺寸及超声振动辅助钻削加工参数域。结果表明:脉冲激光预制孔时存在的较大热影响区和微裂纹等缺陷,会明显影响后续超声辅助钻削微小孔的入、出口质量,推荐的预制孔直径为0.3 mm;超声振动辅助钻削加工时,选择主轴转速为11000~15000 r/min、进给速度为2~10mm/min,可获得加工质量较好的SiCf/SiC微小孔。

电化学对微小孔毛刺去除的仿真及试验

钻削微小通孔产生的孔口毛刺严重影响了其表面质量,且微小孔因直径小导致其入口和出口毛刺去除困难,为此提出基于电化学的微小通孔双面毛刺的同步去除方法。以0.35 mm厚的304不锈钢板的钻孔毛刺为研究对象,建立电化学毛刺去除仿真模型,分析电流密度与微小孔不同区域材料去除速率间的对应关系,研究电极位置及工艺参数对毛刺去除效果的影响,并开展相关试验研究。结果表明,孔口表面电流密度大小表征了材料去除能力的强弱,毛刺尖端电流密度大,孔内壁电流密度小且分布均匀;电极位置对出口毛刺去除速率影响大,伸出型电极毛刺去除效果最好;随加工电压、电解质浓度及电极直径增大,毛刺去除效率增高,但扩孔率增大,且电极直径越大入口倒角越明显;试验基于伸出型电极位置,采用4 V加工电压、12%NaNO_(3)电解质、0.2 mm电极半径,实现了孔口毛刺的精准去除,加工后的倒角宽度为38μm,扩孔率仅1.99%,验证了仿真的准确性。研究结果可为微小通孔双面毛刺的高效、精准去除奠定研究基础。

基于电化学加工技术的微小孔去毛刺实验研究

针对直径小于1 mm的微小孔内部边沿存在的毛刺难以去除的问题,利用电化学加工技术去除铝板上微小孔的毛刺,通过有限元分析毛刺周边的电流密度分布,设计电化学去毛刺实验装置和长度可调的阴极工具。实验研究了电解液种类、浓度和加工时间等工艺参数对毛刺的去除效果。结果表明,在最优选择参数的条件下,电化学加工技术可快速有效地去除微小孔内部边沿的毛刺。

提高电火花微小孔加工质量的研究进展

电火花微小孔加工是电火花加工领域的一个重要方向。因其加工设备简单、加工精度高且无切削应力等优点,成为众多难切削材料微小孔加工中的最常用加工方法。传统电火花微小孔加工中存在加工碎屑排出困难,间隙短路,频繁抬刀及二次放电等问题。针对这些问题,本文在微小孔加工技术理论基础上,系统阐述了电极形状和电极运动方式的改进,以及电火花微小孔加工与其他技术复合的加工方式,包括磁场辅助、超声振动辅助、电解电火花复合微小孔加工,其中与其他技术复合是进一步提升电火花微小孔加工性能的有效方式,将是未来研究的重点之一。归纳了目前技术改进及复合加工技术中存在的问题。最后对电火花微小孔加工的发展趋势进行了展望。

摇动辅助的混粉电火花深微小孔加工研究

提出了一种摇动辅助的混粉高速电火花加工深微小孔的方法,探究了不同混粉粒径、不同浓度混粉溶液条件下,摇动辅助对电火花加工深微孔时的孔入口与出口直径差、材料去除率、电极相对损耗率、表面粗糙度和重铸层厚度的影响。结果表明:与无摇动辅助的情况相比,摇动辅助加工减小了深微孔的入、出口直径差,显著降低了孔的锥度;同时增大了材料去除率、降低了电极相对损耗率;虽然表面粗糙度和重铸层厚度略微增大,但整体加工效果得到改善。

纵扭超声振动电火花加工微小孔仿真研究

超声振动电火花加工是一种高效加工微小孔的新型加工方法,能够提高加工效率与精度。对纵扭超声振动电火花加工微小孔进行研究,建立描述电极丝周围间隙工作液流动特性的数学模型,使用Fluent对数学模型进行验证,同时加入切屑,对间隙工作液运动情况以及排屑情况进行探究。结果表明:在电火花加工时,在电极丝引入纵扭超声振动,流体域有明显的扭转运动,电极丝底部切屑在离心力的作用下,更易从底隙中进入侧隙,随工作液的运动排出孔隙,有效防止底部产生切屑堆积,提高了电火花加工微小孔的精度。

基于COMSOL的微小孔毛刺去除仿真分析与实验

为解决微小孔钻削时产生的毛刺严重影响零件表面加工质量的问题,该文针对微小孔毛刺去除展开研究,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立三维去毛刺仿真模型,并采用螺旋钻头作为工具阴极,研究4.5 V、5.5 V、6.5 V加工电压,13%、15%、17%NaNO_(3)电解液浓度对毛刺去除效果的影响规律。仿真结果表明,增大加工电压、加大电解液浓度会导致毛刺去除速率加快,同时也会导致微小孔孔径的扩张,最大扩张至126μm;微小孔毛刺尖端获得电流密度大,毛刺尖端优先被去除;电流密度大小对应毛刺去除能力强弱,加工间隙大小与电流密度大小成反比。最后对仿真结果进行试验验证,试验与仿真的趋势变化基本相同。

电火花微小孔加工工艺参数的优化研究

由于目前对电火花放电机理认识的有限性而使参数优化成为电火花加工中的难点之一,特别是多项工艺指标要求下的参数优化问题更是缺乏理论指导和具体应用方法。因此,在用正交试验法研究了电火花微小孔加工中放电参数和非放电参数对加工速度、电极损耗和孔径间隙等各单项工艺指标的影响规律的基础上,采用灰色相关性理论,重点解决了多项工艺指标下的参数优化这一难点问题,简化了优化过程,得出了优化的参数组合方案。

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。

煤储层微小孔孔隙结构的低场核磁共振研究

基于系列中高煤阶煤样的低温液氮吸附实验和低场核磁共振实验,系统分析了样品的吸附脱附曲线特征及孔径分布特征,通过对比分析获得了测试样品的核磁共振表面弛豫率,获得了核磁共振T2弛豫时间与煤的微小孔孔径分布之间的转换系数C。结果表明:对于研究煤样,高煤阶煤的吸附脱附曲线有明显拐点,中煤阶煤的吸附脱附曲线拐点不明显;高煤阶煤的表面弛豫率约为0.54×10-8m/ms,而中煤阶煤集中在1.18×10-8m/ms左右;进一步求得高煤阶煤的C值为1.62×10-8m/ms,中煤阶煤的C值为3.54×10-8m/ms;利用求得的C值计算得到基于核磁法的微小孔的赝孔径分布,发现赝孔径分布与采用BJH获得的孔径分布在形态和变化趋势上都具有高度一致性。

超声波振动钻削微小孔的研究

对采用超声波振动钻削微小孔时钻头的寿命、出口毛刺和加工表面粗糙度等问题进行了研究。结果表明，超声波振动钻削明显优于普通钻削。

变参数振动钻削提高微小孔加工精度的研究

对微小孔振动钻削钻入定位误差、孔扩量、钻头寿命和出口毛刺进行了研究，获得了三区段最佳振动参数和进给量。以定位误差、孔扩量和出口毛刺分别作为钻削过程三区段加工质量的评价指标，并以各自区段的最佳振动参数和进给量为加工参数进行变参数振动钻削试验，结果表明，孔的各项质量指标均达到了以各自最佳振动参数和进给量作定参数振动钻削的水平，从而证明了变参数振动钻削的优良工艺效果。

微小孔尺寸形状的脱模与图像测量

将脱模方法与显微图像处理结合,实现了微小孔内部轮廓的尺寸形状测量.首先采用具有超弹性的乙烯基聚硅氧烷作为制模材料,通过脱模方法将微小孔内部轮廓复制为模型的外部轮廓.然后在显微镜上采集模型的放大图像,利用图像分割、边缘提取、直线检测等图像处理手段,测量出微小孔内部直径随深度的变化曲线.开发出用于测量微小孔尺寸形状的应用软件,利用该软件对脱模法的复制精度进行校验.对于孔口直径在145～155μm的微孔,所制模型在孔口处直径与原始孔口直径的平均绝对值误差为0.9μm.通过脱模方法制作三维型腔模型,得到脱模模型形貌与原始形貌的平均绝对值误差为0.37μm,均方根误差为0.51μm.所提方法融合微米量级的脱模精度和像素级的图像测量精度,可用于微小孔孔径、内部轮廓形状等的测量.

变参数振动钻削微小孔的研究

首次提出在每个孔加工的不同区段采用不同参数的变参数振动钻削的新思路，并建立了变参数振动钻削系统。

微小孔加工技术综述

越来越多的产品向着微型化、精密化的方向发展。这促使微细孔加工技术也得到了飞速发展。本文介绍了微小孔常用的加工方法、分析了各种加工技术的优缺点,并对今后的微小孔加工技术发展做了展望。

高速钢钻头振动钻削9Cr18不锈钢微小孔的研究

不锈钢9Cr18是航空发动机上较为常用的一种马氏体不锈钢材料,它的塑性大,粘附力强,用普通钻削的方法比 较难加工。采用中频轴向振动钻削9Cr18零件的微小孔,取得了显著的效果。试验表明,相比普通钻削,振动钻削提高 钻头寿命约10倍,并可以提高定位精度,降低钻头受力,改善孔的加工质量。

大深径比微小孔快速电火花加工系统

用电火花加工技术快速加工大深径比微小孔存在散热困难、排屑不畅、电极损耗大及加工过程不易控制等技术难点,为此,在分析电火花加工机理及加工特点的基础上,研发了一台用于快速加工大深径比微小孔的电火花机床。该设备采用立式布局,通过应用电极旋转、工件振动的旋振式机构,实现了加工过程中快速散热和排屑;通过采取工业控制计算机搭载数据采集卡和运动控制器的方式,实现了加工过程的检测控制功能一体化。针对电火花加工过程中放电信号严重畸变以及放电状态不稳定导致加工状态难检测的问题,提出了两级模糊逐级映射放电状态检测方法,同时为了实现机床的快速响应和精确控制,设计了双闭环加工控制系统。实验表明,该机床适合于深径比超过10,小孔直径为60～200μm的微小孔快速加工,且性能稳定、可靠性高。

基于灰色关联分析的微小孔振动钻削参数优化

针对微小孔振动钻削加工工艺参数难以选择的问题,提出了一种基于灰色关联分析的微小孔振动钻削参数优化方法。应用正交试验法设计实验方案,进行了不同参数组合条件下的振动钻削实验,通过分析振动钻削参数与定位误差、孔径误差以及出口毛刺高度的灰色关联系数和灰色关联度,进行了多目标参数优化,并得出了优化的微小孔振动钻削参数组合方案。实验结果表明,采用优化的振动钻削参数钻削微小孔,可有效地减小定位误差、孔径误差和出口毛刺高度。

电路板复合材料微小孔加工技术

介绍树脂基复合材料印刷电路板的机械钻削和激光钻削微小孔加工技术,分析了影响钻削质量的因素以及加工过程中易出现的各种缺陷和改进措施。机械钻削微小孔时,轴向力和切削扭矩是导致各种加工缺陷的主要因素,低进给量、高主轴转速可明显提高钻削质量。激光钻削时,选择合适的激光功率及减少激光照射时间可提高钻削质量。

微小孔振动钻削力的实验研究

介绍了高灵敏度的微小孔钻削测力仪的结构设计及微小孔钻削力测量系统的工作原理。通过多元正交多项式回归实验 ,得到了微小孔振动钻削力关于振动频率、振幅和进给量的非线性回归方程 ,进而分析了振动参数和切削参数对钻削力的影响 。