轴向超声振动磨削硬脆性材料表面粗糙度建模研究

假设磨粒切削沟槽轮廓截面为一系列顶角等于磨粒的锥顶角、深度服从瑞利分布的三角形,并考虑磨粒运动轨迹重叠效应的影响,建立了轴向超声振动磨削硬脆性材料的表面粗糙度模型。以K9光学玻璃为实验材料,对比分析了未考虑和考虑了磨粒运动轨迹重叠效应的表面粗糙度模型的拟合精度,结果表明:后者表征超声磨削表面粗糙度更接近实验结果,且超声磨削表面粗糙度模型反映的磨削参数和振动参数对表面粗糙度的影响趋势与实验结果相一致,从而验证了所建模型的正确性和有效性。

硬脆性材料在磨削过程中的热瞬态仿真分析

硬脆性材料在磨削过程中的加工质量和效率成为目前制约硬脆性材料应用的主要问题之一,如何在加工工艺环节提高生产效率和加工质量成为亟待解决的问题,制约问题解决的主要原因是加工效率在很大程度上会引起加工质量变差,在提高加工效率的同时保证良好的加工质量极其困难。主要从影响加工质量的因素之一磨削温度入手,以硬脆性材料中的碳化硅、氧化铝为例,利用有限元分析软件对硬脆性材料的磨削过程进行热瞬态分析,分析了在不同的磨削加工参数(砂轮转速、磨削深度和工件速度)即不同加工效率时大口径碳化硅工件和氧化铝工件的最高温度及其变化曲线,并横向对比了氧化铝材料和碳化硅材料在同等磨削加工参数时的磨削热状态。针对性地研究了硬脆性材料在磨削加工过程中的一些特性,为硬脆性材料的加工工艺提供参考。

硬脆性材料塑性电泳磨削试验研究

利用超微磨粒的电泳特性 ,实现硬脆性材料的塑性去除磨削方式 ,试验结果表明 ,采用自进给电泳磨削加工技术 ,明显改善硬脆性材料的表面粗糙度和破损率。

基于超声振动的硬脆性材料磨削加工入孔崩边研究

针对陶瓷等硬脆材料磨削加工中出现的崩边问题,对氧化锆陶瓷孔加工过程中出现的入孔崩边情况进行了研究。使用有限元软件ABAQUS,对超声振动辅助磨削氧化锆陶瓷孔加工进行了仿真,建立了氧化锆陶瓷JH2本构模型;研究了入孔崩边的形成机理,结合有限元仿真结果,设计了超声振动辅助磨削氧化锆陶瓷孔加工实验;通过建立入孔崩边的评价指标,分析了主轴转速、进给速度和超声功率对入孔崩边的影响规律,并对仿真结果进行了验证。研究结果表明:和实验相比,仿真得出的崩边面积平均误差在10%以内;随着主轴转速和超声功率的增加,入孔崩边情况得到明显的改善,在100%超声功率条件下崩边面积减少了38%以上,随着进给速度的增加入孔崩边面积明显增大。

先进硬脆性材料复合加工技术的发展

复合加工技术具有其它常规加工技术或单一特种加工技术无法比拟的优点,已成为国防科技尖端领域的重要支撑技术和关键技术。现代特种加工技术特别是复合加工技术已经成为一个国家科技创新能力的重要标志!本文简要叙述了硬脆性材料复合加工的技术特点和未来发展趋势,论述了各种复合加工技术的原理、特点与应用。

硬脆性材料线切割切削液的组成和发展

综述了国内外太阳能光伏产业及半导体等高精端电子产业中硬脆性材料线切削液的发展、分类和应用。归纳总结了国内外近年来切削液的使用量,对2008年的市场需求进行了预测,重点分析综述了国内外水性切削液产品组成、配方的研究进程及切削液产品对线切割工艺过程、晶片质量的影响,并对国内线切削液今后的发展提出了建议。

基于正交试验的一种硬脆性材料超声振动车削试验研究

硬脆性材料具有硬度高、易脆裂的材料特性,一般机械加工难以保证其加工质量,加工过程中易发生材料断裂、刀具磨损等情况。基于此,将超声振动车削技术应用于一种硬脆性材料的车削加工过程中,将超声振动车削后与普通车削后材料的表面加工质量进行了对比;通过设计正交试验,分析了在加工这种硬脆性材料过程中影响超声振动车削效果的因素。结果表明,超声振动车削加工出来的材料表面质量明显好于普通车削。刀具进给速度越慢,表面加工质量越好;刀具振幅越小,表面加工质量越好;工件旋转线速度越慢,表面加工质量越好,刀具磨损越小。

激光复合加工硬脆性材料研究进展综述

玻璃、半导体、蓝宝石、陶瓷和硬质合金等硬脆性材料被广泛应用于建筑、生物医疗、航空航天、集成电路、新能源、光电显示、轨道交通、海洋等领域。但是其高硬度、大脆性、高耐磨性和耐腐蚀等特性也给它们的加工带来巨大挑战。目前,机械加工、离子束加工、化学蚀刻、激光加工等方式是加工硬脆性材料的主要方法。但是这些加工方式依然存在加工效率和加工质量不可兼得的瓶颈问题。为此,研究人员提出了将激光加工和其他加工方式结合起来的复合加工方法,旨在实现硬脆性材料的高质量和高效率加工。概述了主流的基于激光复合的硬脆材料加工方法,主要包括其他方式辅助激光加工、激光辅助其他方式加工、激光辅助激光加工;重点阐述了这些激光复合加工技术的加工原理、研究现状和加工效果;总结了不同激光复合加工方法的优势、局限性和应用场景,最后对激光复合加工硬脆性材料的未来发展趋势提出了展望。

基于ANSYS的硬脆性材料脉冲激光打标温度场数值模拟

随着激光加工技术的发展,硬脆性材料的激光加工成为国内外研究的热点。建立了硬脆性材料3D有限元模型,采用扫掠法对模型进行了网格划分,选择高斯分布的激光光源为热源模型,实现了硬质合金和碳化硅脉冲激光打标过程的数值模拟,得到了这两种材料的温度场分布。

磨削加工硬脆材料的延性域研究进展

为实现硬脆材料在磨削过程中处于延性域加工,以提高材料的表面质量、增加材料的使用寿命,使材料具有优良的抗疲劳、耐磨损性能,从试验研究、理论建模、仿真分析3个方面介绍了国内外学者对硬脆材料磨削加工过程中的脆塑转变现象的研究。分析了超声辅助振动磨削加工中脆塑转变的国内外研究现状,提出将高速、超高速与超声辅助振动磨削相结合的加工方式。研究结果表明:磨削速度对硬脆材料的最大未变形切屑厚度影响较大;引入超声辅助振动容易实现硬脆材料延性域磨削;施加不同方向的超声辅助振动对材料脆塑转变的临界切削深度影响不同。提出未来应从磨削热、预热处理、仿真分析模型、磨削加工模型4个方面对硬脆材料延性域磨削进行更深层次的研究。研究成果为实现硬脆材料延性域磨削和实际生产提供了参考。

轻材料车削切削参数对粗糙度的影响趋势

零件的使用性能除与材料本身的物理、化学性质有关外，主要取决于加工后的表面质量。轻材料零件的物理机械性能尤其是韧性和强度与金属材料相比有较大差异。轻材料的切削既不同于金属材料的塑性剪切切削过程，又不同于一般高硬脆性材料（如金刚石）的纯脆性断裂过程，其加工过程更加复杂。试验对轻材料内球面的车削加工，研究了精加工阶段不同切削参数对型面粗糙度的影响，并分析了切削参数的变化对型面粗糙度的影响趋势。

红外线聚光非球面透镜的单点金刚石镜面切削方法

根据硬脆性材料的延性域加工机理和面形误差补偿加工方法,研究了圆弧形和平头形刀具的单点金刚石延性域切削方法,在加工中直接获得了镜面切除面;并利用数控技术进行误差补偿,克服了因加工试验、刀具磨损、机械振动、热变形等造成的加工误差导致的非球面的面形精度降低和表面粗糙度恶化。并将该方法用于采用圆弧形刀具对红外线聚光的φ70mm非球面锗透镜进行单点金刚石切削实验中。试验结果表明面形误差补偿加工方法可以进一步消除加工误差,将非球面的面形精度PV值从微米级(1.23μm)提高到亚微米级(0.36μm)的程度,表面粗糙度Ra从亚微米级(0.27μm)改善到超亚微米级(0.04μm)的范围。

三相磨粒流抛光及其气泡溃灭分布特性

针对软性磨粒流在加工硬脆性材料时效率低下的问题,本文提出一种气-液-固三相磨粒流加工方法。该方法通过在加工流场内注入微尺度气泡群,利用气泡溃灭释放的能量提升磨粒流加工能力。基于计算流体力学和群体平衡模型耦合计算方法,建立气-液-固三相磨粒流流体力学模型,数值模拟结果揭示了工件表面三相磨粒流形成高速湍流涡旋流场加工特性,得到了工件表面气泡溃灭的分布规律,并探明流体黏度与气泡溃灭之间的关系。图像粒子测速实验表明,通入微尺度气泡群后,平均速度从12.50~13.50m/s提升至15.00~17.00m/s,最高平均速度可达20.00m/s以上。对比加工实验显示,经8h加工后,粗糙度从0.50μm降低到0.05μm。理论和实验研究结果说明借助微尺度气泡群的溃灭效应可有效提升软性磨粒流的加工效率和加工精度。

二维超声磨削纳米复相陶瓷的磨削特性研究(1)

本文通过对二维超声磨削纳米复相陶瓷的磨削特性进行理论分析及试验研究,尤其是磨削力的特性及其影响因素,从而探索磨削加工表面质量的影响因素并提出改善磨削效果的措施。研究结果表明,磨削力随着切深的增大而增大,随着磨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磨削深度小于5μm,而普通磨削塑性域是在磨削深度小于2μm;适当增大磨削速度,既可以增强磨削砂轮的自锐能力,获得较高的去除率,又可以增加塑性变形,改善工件的表面质量;砂轮线速度的变化对二维超声振动磨削过程中的磨削力影响比对普通磨削过程中的磨削力的影响小,故二维超声振动磨削可以选用较大的砂轮线速度;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。

超声加工技术的发展及其在航空航天制造中的应用潜能

超声技术在工业中的应用开始于20世纪10～20年代,它是以经典声学理论为基础,同时结合电子技术、计量技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一门综合技术。旋转超声加工是集普通超声加工与磨粒磨削加工为一体的复合加工,是加工硬脆性材料的一种高效方法,必将在航空航天制造中具有广阔的应用潜能。

镍铁结合剂电沉积金刚石套料钻的性能研究

研制了适用于SiO2 先进工程陶瓷加工的新型电沉积金刚石套料钻 ,其结合剂为镍铁合金。介绍了该钻头的沉积工艺参数和基本特性。通过对钻头寿命、加工效率和质量的实验研究 ,对钻头的切削性能进行了评价。结果表明 ,所研制的套料钻比镍或镍钴结合剂钻头具有更高的切削效率和耐磨性能。该钻头同样适用于其它硬脆性材料的加工。

旋转超声磨削加工技术研究进展

旋转超声磨削加工是一种通过将金刚石砂轮复合超声频振动,从而提高对硬脆材料加工能力的特种加工方式,相比于传统磨削具有切削力小、切削热低等特点,已成功应用到光学玻璃、陶瓷及其复合材料的加工生产中。在简要概述了旋转超声磨削的基本原理和发展历程的基础上,主要总结了国内外学者及企业对旋转超声磨削加工装备的研究成果,并对未来旋转超声磨削的研究趋势进行展望。

提高棒料下料断面质量途径探讨

棒料剪切法下料是机械行业的主要下料方法,但在剪切时易出现断面倾斜、压塌、不平度等缺陷,如何降低这些缺陷尚需详细探讨。本文分析了棒料剪切过程中影响断面质量的几个重要因素,如材料自身性质、剪切温度、剪切速度、应力状态等。针对这些因素提出相应提高断面质量的方法,发现剪切断面质量好坏与被剪材质自身机械性能及微观组织有直接关联。蓝脆温度下料是利用钢的蓝脆效应剪切棒料,在蓝脆温度区间钢的脆性增加使材料趋向脆性断裂;高速剪切下料是利用材料自身韧性与剪切速度的关系,在最优剪切速度,一般为5m/s-7m/s时剪切下料以获得较好的断面质量;表面缺口应力集中下料方式是通过提前在棒料上预制V型槽使棒料因应力集中发生脆性断裂。上述方法均能获得较好的断面质量。

利用金刚石微颗粒进行微米级加工的研究

为确立用金刚石微颗粒对硬脆性材料进行微加工的技术基础 ,在进行了螺旋切入方式的运动学和力学模式的解析后 ,对用金刚石微颗粒进行磨削微加工的最佳条件进行了探讨。在此基础之上 ,用电镀有金刚石微颗粒的工具和螺旋切入磨削方式 ,成功地实现了对玻璃、硅片等各种各样的硬脆性材料的 1 0