切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌影响

为了明确切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌的影响规律,开展了不同切削速度下某新型易切钢的切削试验,研究切屑形态和已加工表面形貌并分析其产生原因。结果表明:宏观上,在切削速度大于150 m/min时,该易切削钢切屑以短管螺旋状为主,当切削速度小于150 m/min时,切屑以发条状和破断弧形为主,形成锯齿形切屑的临界切削速度大约在200 m/min;切削速度影响切屑底面形貌,在低速切削时,切屑底面较多大小不一的撕裂状凹坑、沟槽,当切削速度增大至200 m/min时,能够形成表面较光滑的切屑底面;低速切削该易切削钢时,工件表面粗糙度较大,3D形貌显示波峰高度、波谷深度也均较大,随着切削速度的增加,粗糙度减小,3D形貌亦趋于平缓。

飞秒激光加工参数对RB-SiC表面形貌的影响

目的揭示飞秒激光加工参数对反应烧结碳化硅(Reaction-Bounded Silicon Carbide,RB-SiC)表面形貌的影响规律。方法通过改变激光能量密度和有效脉冲数,研究RB-SiC表面烧蚀槽的形貌变化规律,确定飞秒激光加工RB-SiC的去除机理。采用扫描电镜、共聚焦显微镜、X射线能谱仪和拉曼光谱仪分析RB-SiC烧蚀前后的表面形貌演变行为。结果激光能量密度在0.62~10.48 J/cm^(2)时,Si富集区域形成凹陷结构,SiC颗粒区域形成周期性结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures,LIPSS),周期约为970 nm。随着激光能量密度的增加,凹陷结构扩大加深,表面球形纳米颗粒增多,烧蚀槽宽度呈对数增长。有效脉冲数在69~1379,Si富集区域的去除量高于SiC颗粒区域的去除量。随着有效脉冲数增加,烧蚀槽深度显著加深,凹陷结构扩展成深坑结构,飞溅至烧蚀槽外侧的纳米颗粒聚集成团簇物,由Si、SiC和非晶态SiO_(2)构成的沉积物在烧蚀槽边缘形成堆积层。结论降低激光能量密度能够减少RB-SiC表面凹陷和纳米颗粒,有助于提升烧蚀形貌的一致性。增加有效脉冲数会促进烧蚀槽底部深坑结构的产生,进而扩大Si与SiC去除量之间的差异。

TC4钛合金侧铣加工表面形貌分析及工艺参数优化

TC4钛合金是1种典型的不易加工材料,其切削加工表面质量很难控制。为实现面向侧铣加工表面形貌的切削工艺参数优选,开展了TC4钛合金侧铣加工实验研究。首先,探究了加工表面微观缺陷特征及其形成机制;然后,采用粗糙度参数R_(a)和S_(a)对铣削表面形貌进行定量表征,并分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度参数的影响;最后,基于遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)对铣削工艺参数进行了优化。研究发现,加工表面微观缺陷主要有进给刀痕等固有缺陷和黏附颗粒等随机缺陷。铣削表面粗糙度随主轴转速的增大先减小后增大;随径向切深的增大先增大后减小;随进给量先增大后减小。在主轴转速n=1093r/min、径向切深a_(e)=0.2mm、每转进给量f=0.06mm/r的条件下可以获得较小的表面粗糙度。

超声混粉电火花加工热力学仿真及表面形貌研究

为了研究超声振动和混粉对电火花加工的影响,基于传热理论,结合超声和混粉特性建立了超声混粉电火花传热模型。基于建立的传热模型对超声混粉电火花加工去除材料过程进行瞬态热力学仿真,并通过实验验证了仿真结果的准确性。通过仿真和实验分析了普通电火花、超声电火花、混粉电火花和超声混粉电火花四种加工方式,结果表明超声混粉电火花加工效率比普通电火花加工效率提高了23%。加入混粉和施加超声可以减少加工表面积碳,提高表面质量;可以使放电凹坑变得更加规则,使表面粗糙度降低。混粉电火花加工相对于普通电火花加工其表面粗糙度平均降低了8.9%,超声混粉电火花表面粗糙度相对于普通电火花平均降低了4.3%。

易切削钢Te元素含量对其切削表面形貌的影响研究

采用硬质合金刀具对三种不同Te元素含量的易切削钢12L14,12L14+Te(0.017),12L14+Te(0.05)进行切削实验,研究其已加工表面形貌状态及原因。试验研究结果表明:12L14+Te(0.017)材料的已加工表面最光滑,粗糙度值最小;12L14+Te(0.05)材料的已加工表面最粗糙,微观形貌显示存在较多撕裂;切削不含Te元素的12L14材料时,已加工表面形貌与粗糙度值介于二者之间;添加Te元素材料会生成MnTe等熔点较低的化合物,在切削中起到应力集中源的作用,易导致已加工表面出现微观撕裂现象,但同时减小了刀具积屑瘤形成的可能,所以易切削钢切削表面形貌的生成是二者因素综合影响的结果。

AlSi10Mg选区激光熔化表面粗糙度预测、优化及表面形貌分析

目的选区激光熔化制造过程相当复杂,通过理论模型去研究表面粗糙度较为困难,因此采用数据驱动的方式进行研究是一种可行的方案。方法基于麻雀算法优化双向长短期记忆网络来预测表面粗糙度,并对比验证该模型的适用性。首先进行三因素四水平全因素试验,其次,以激光功率、扫描速度、扫描间距为输入,以粗糙度为输出,建立模型。然后,利用遗传算法优化预测模型,从而获得最佳工艺参数组合。最后,分析不同工艺参数下成形零件的表面形貌,探究各参数及其耦合关系对表面质量的影响。结果最佳工艺参数为扫描间距0.12 mm、扫描速度1800 mm/s、激光功率280 W,预测表面粗糙度为10.407μm,调整工艺参数进行实验,得到的样件的平均表面粗糙度为10.897μm,与预测值相比,误差仅为4.5%。工艺参数对表面形貌的影响从大到小的顺序为扫描速度、激光功率、扫描间距,各因素间存在耦合作用,且共同影响激光能量密度,能量密度过高、过低均会使表面形貌恶化。结论基于麻雀算法优化双向长短期记忆网络构建的数据驱动预测模型适用于粗糙度的预测与优化,能够实现对样件表面粗糙度的精准预测,可以指导实践,保证加工质量。

镍基高温合金GH4169端铣加工表面形貌研究

研究镍基高温合金GH4169端铣加工表面形貌影响因素,对控制GH4169的加工表面粗糙度和提高GH4169加工质量有着重要意义。基于单因素端铣试验,探明了铣削速度、铣削深度、每齿进给量及铣削宽度对表面粗糙度和三维表面形貌的影响机理及规律。研究表明,对表面粗糙度的影响程度由大到小依次为每齿进给量、铣削宽度、铣削速度、铣削深度;加工表面呈现出纵横相间的纹理,且对表面纹理深度的影响程度由大到小依次为铣削速度、铣削深度、每齿进给量、铣削宽度;结合加工表面粗糙度与三维表面形貌选取最佳加工参数:铣削速度V=100 m/min,铣削深度t=0.1 mm,每齿进给量f_(z)=0.025 mm/z,铣削宽度a_(w)=5 mm。

医用TC4钛合金激光-化学复合抛光及表面形貌演化

表面粗糙度是医疗器械构件最重要的质量特征之一,然而现有的激光抛光、化学抛光等单一表面抛光技术存在一定局限性。针对医用TC4钛合金表面的精密抛光需求,设计并搭建一套激光-化学复合抛光系统,通过激光-化学复合加工材料去除机理分析和开展TC4钛合金的激光-化学复合抛光试验,深入探究复合抛光过程中不同抛光阶段材料表面形貌的演变过程及粗糙度变化并进行分析,进而明确激光-化学复合抛光机理。研究结果表明,激光-化学复合抛光材料去除是基于激光热-力效应与激光诱导化学腐蚀溶解共同作用的结果,而且两者具有一定协同效应,在适当的工艺窗口内,化学腐蚀溶解可以完全去除激光烧蚀产生的残渣和重熔物。激光辐照会在工件表面“峰-谷”区域产生温度差,进而导致化学溶解速率差异,即“山峰”区域溶解速率快,“山谷”区域溶解速率慢,从而实现表面粗糙度的降低。最后采用合适的工艺参数,优化了抛光效果,实现了医用TC4钛合金的选择性精密抛光,激光辐照区域表面粗糙度Ra由初始的5.230μm下降至0.225μm,Sa由初始的8.630μm下降至0.571μm,分别下降95.7%和93.4%。研究结果可为钛合金或其他自钝化金属的精密抛光提供参考。

不同刀具倾角下切削参数对TC4表面形貌影响规律研究

针对TC4钛合金曲面零件在精加工时因刀具倾角变化而导致表面形貌质量不稳定的问题,通过在20°,30°,40°,50°四个不同的刀具倾角下进行铣削试验,研究和分析不同刀具倾角下切削速度和每齿进给量对表面粗糙度和表面形貌的影响。结果表明:刀具倾角在20°~50°时,以v c=55m/min的切削速度加工可稳定获得较好的表面质量;除了β=30°的试件表面外,其他试件中个别切削参数组合的加工表面出现垂直于加工刀痕的振动波纹,切削速度较大或每齿进给量较大时更易产生表面振动波纹,且切削速度越大,表面振动波纹频率越高;在试验的刀具倾角范围内,表面粗糙度随着切削速度的增加有减小的趋势,各刀具倾角下的减小程度不同,但当刀具倾角较大时,由于刀具振动加剧,加工表面质量反而下降,表面粗糙度值随着切削速度的增加而增大。

聚碳酸酯超低温冷却车削表面形貌试验研究

针对聚碳酸酯加工时存在的耐热性差、变形、溶胀等问题,分别在干切削、水冷和超低温冷却条件下进行了聚碳酸酯的车削试验,并分析了材料加工表面的形貌,从分子链弛豫时间、银纹产生和脆-韧性转变的角度解释了加工表面形貌的差异。研究发现,聚碳酸酯干切削表面产生大量粗大银纹,水冷切削表面产生大量细密银纹,超低温冷却切削表面银纹较少,因此超低温冷却对提高聚碳酸酯的加工质量具有积极作用。

触针式表面形貌测量仪探针几何特性引起的失真机理与识别方法

触针式表面形貌测量仪广泛应用于表面粗糙度、几何形状和波纹度等参数的测量,但探针与被测表面交互时所产生的卷积效应会导致测量结果的失真。通过分析探针几何特性引起的失真机理,将失真按其特性分为典型失真和复杂失真。针对探针球形针尖和锥角复合效应引起的失真现象,提出了一种复杂失真的多模态识别方法。实验结果表明:相较于形貌测量仪单模态识别典型失真的限制,该方法可以有效识别形貌测量结果中的复杂失真,同时对测量结果提供可信度解释,为测量结果中失真数据的准确识别和还原提供新的思路。

TiAl合金电解加工系统的非线性动力学特征与加工表面形貌之间的映射关系

电流密度的大小和波动形态一直是电解加工过程的一个重要的参数,但其波动形态与电解加工表面微观形貌之间映射关系却一直没有得到重视。采用相空间重构、递归图及量化参数分析TiAl合金电解加工过程电流密度的非线性动力学行为,利用粗糙度与缺项量化表征加工表面微观形貌。研究发现,电解液压力和脉冲频率均是影响电解加工过程的非线性动力学行为和加工表面微观形貌的显著因素,当电解液压力为0.35 MPa或脉冲频率为300 Hz时,TiAl合金电解加工系统结构最简单、稳定,加工表面最光滑、均匀,电解加工系统的结构特征和加工表面的微观形貌之间存在良好的匹配关系。

不同脉冲能量Er:YAG激光对钛盘表面形貌及生物学性能的影响

目的探究不同脉冲能量Er:YAG激光照射后钛盘表面形貌与粗糙度的变化,研究不同钛盘表面形貌对细胞生物学行为以及细菌生物学特性的影响,探索Er:YAG激光改性钛表面的合适参数。方法将Ti6Al4V钛盘随机分为5组,设置不同的参数(0、50、100、150、200 mJ/P)进行Er:YAG激光照射,通过原子力显微镜观察钛盘表面形貌和粗糙度的变化,使用扫描电子显微镜、酶联免疫吸附试验检测钛盘表面MG63细胞的黏附、增殖和成骨分化能力,通过结晶紫染色和活/死细菌染色观察钛盘表面生物膜的形成。结果激光对钛盘表面形貌的改变程度以及钛盘表面粗糙度与脉冲能量成正比,组间差异具有统计学意义(P<0.05)。细胞实验结果显示:100 mJ/P组钛盘表面MG63细胞的早期黏附形态、增殖和成骨分化能力明显优于其他组,差异有统计学意义(P<0.05)。细菌实验结果显示:50 mJ/P组钛盘表面生物膜形成明显低于未处理组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论在100 mJ/P处理后钛盘表面MG63细胞表现出良好的黏附、增殖及分化能力,在50 mJ/P处理时细菌生物膜形成最少。50~100 mJ/P可能是Er:YAG激光改性种植体表面的适宜参数区间。

考虑砂轮振动的磨削表面形貌数值建模与仿真

文中提出考虑砂轮振动的磨削表面形貌数值建模方法,可为封严涂层及其他零部件磨削前的砂轮动平衡提供技术支持,提高表面磨削质量。首先,基于砂轮磨粒凸出高度服从正态分布构建砂轮的数值模型;其次,对砂轮表面和工件表面进行离散化处理,考虑砂轮振动条件下,推导出砂轮上任意一颗磨粒在全局坐标系下的运动轨迹方程;最后,通过编译MATLAB程序,实现了砂轮振动条件下的磨削表面形貌数值仿真。在此基础上,探究了磨削表面形貌随振动振幅和频率改变而产生的变化规律。仿真结果表明:砂轮振动振幅越大,工件表面轮廓峰顶至谷底的距离越大,会增大工件表面粗糙度,但是相邻两个表面轮廓峰值之间的距离波动很小,其受振动振幅的影响不大;随着砂轮振动频率的升高,相邻两个表面轮廓峰值之间的距离越小,工件表面波纹度越小,有助于改善磨削表面质量。

不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

在受电弓-接触网载流摩擦磨损过程中,接触线会产生不同的横截面形状,而接触线形貌的改变可能会影响弓网间的接触关系,进而影响弓网间的载流摩擦磨损性能。为研究不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响,利用环-块式高速载流摩擦磨损试验机,研究载流条件下常规形貌、麻点形貌、斜切形貌的接触线与浸金属碳滑板的摩擦磨损性能,比较采用不同形貌接触线时的摩擦因数、电弧能量和浸金属碳滑板的磨损量、表面形貌。试验结果表明:在直流电情况下,常规接触线与浸金属碳滑板组成的摩擦副的摩擦因数最小,滑板磨损量最低;采用斜切形貌接触线时的摩擦因数最大,滑板磨损量最大。通过SEM电镜观测浸金属碳滑板表面的磨损形貌,发现接触线为常规形貌时,滑板以氧化磨损为主,有较多的氧化物产生;接触线为麻点形貌时,滑板以电弧烧蚀和磨粒磨损为主,产生了细小裂纹和烧蚀坑,有较多的磨屑和剥落层出现;接触线为斜切形貌时,滑板以电弧烧蚀为主,有大裂纹和犁沟产生,并且烧蚀区域出现了较多的白色小球。研究表明,当接触线的形貌发生改变时,会导致滑板磨耗增加并加剧接触副电弧放电,从而恶化接触副的状态。因此,当接触线磨损变形严重时,应及时进行更换。

基于四波横向剪切干涉的表面形貌测量方法

为了解决传统四波横向剪切干涉测量系统中特定分光器件存在的加工难度高、光谱适用范围受限等问题,利用空间光调制器替代分光光栅将入射光分为4束横向剪切相干子波,通过灵活调整光栅的折射率来调制子波衍射效率以适应照明光源,再根据子波两两干涉效应重建出反映样品折射率和高度信息的光程差分布,即可实现宽光谱大尺寸范围内的表面形貌精确测量;结合傅里叶变换法研究了入射光不同波长对光程差重建精度的影响规律,并利用空间光调制器搭建了1套适用于可见光至近红外的宽光谱四波横向剪切干涉测量系统。结果表明,该系统对石英标准样件刻蚀深度的测量结果为209.39 nm±1.72 nm,与其标称值210.83 nm±2.39 nm和白光干涉仪测量值212.92 nm±1.35 nm基本保持一致,验证了所提表面形貌测量方法的有效性。该研究可为四波横向剪切干涉技术在表面形貌测量领域的扩展应用提供理论参考。

基于3D-motif法的刮研表面形貌表征

针对刮研表面微观特性和功能机理研究中缺少表面形貌量化表征方法的问题,采用3D-motif法对刮研表面形貌进行表征。使用LI-3型接触式三维表面形貌测量仪对刮研表面进行测量,并利用三维点云数据生成刮研表面的二维灰度图像。然后,根据3D-motif法中集水盆地的定义,采用分水岭算法对刮研表面的灰度图像进行motif分割与合并。以不同精度等级的刮研表面的整体纹理区域motif分割结果为对象,定义了特征显著度并提取计算了刮研表面在2种不同面积尺度(25 mm^(2)和0.25 mm^(2))上的深度、面积、方向角、各向异性率、扁平系数和特征显著度等6项motif参数。结合部分motif参数的分布情况和motif数量的变化趋势,从形貌特征的尺寸和形态两个方面对刮研表面进行了表征和分析,实现了以较少参数完整表征刮研表面的三维形貌。研究结果可为后续刮研表面微观特性的深入分析提供理论基础。

基于组合代理模型的零件表面形貌构建

针对当前零件表面形貌建模存在模型构建准确度低、需要测量点数量多的问题,提出一种基于组合代理模型的零件表面形貌构建方法。在模型构建方面,分别提出基于克里金模型和径向基函数模型的表面形貌构建方法,给出组合两种代理模型的整体思路,并引入交叉验证策略建立组合代理模型权重因子的确定方法。在实验方面,采用组合代理模型分别针对仿真数据和实际测量数据进行拟合,并以均方根误差、均方根标准预测误差为指标对组合代理模型进行评价。实验验证结果表明所提方法相对单一模型在零件表面形貌建模问题上模型精度更高,所需要测量点数更少。

强磁烧结陶瓷CBN砂轮磨削表面形貌研究

针对现有磨削表面形貌模型无法准确表征强磁烧结陶瓷CBN砂轮特定磨粒取向的问题,提出一种新型的虚拟砂轮与磨削表面形貌数值模型。首先,选择磨粒模型,使其长轴具备特定取向,利用将已经阵列排布磨料的位置随机地位移的方法,建立具备随机磨粒位置的砂轮模型;其次,将磨粒与工件表面数值离散,建立磨削表面形貌数值模型;最后,开展仿真与磨削实验,揭示了强磁烧结陶瓷CBN砂轮磨削中,不同磨削加工参数对磨削表面形貌的综合影响规律,验证了该模型的有效性,为后续研究强磁烧结陶瓷CBN砂轮磨削机理提供了理论基础。

铈掺杂量对钛基锡锰铈氧化物涂层电极表面形貌及电化学性能的影响

[目的]电沉积用钛基二氧化锰电极的电化学性能有待提高。[方法]采用热分解法在450℃下制备了以SnO_(2)为中间层,稀土铈掺杂量不同的钛基MnO_(2)电极(Ti/SnO_(2)/MnO_(2)+CeO_(2)),通过场发射扫描电子显微镜与循环伏安测量、电化学阻抗谱、析氧极化曲线测试、加速寿命试验等电化学方法对电极的活性层形貌及电化学行为进行分析。[结果]铈掺杂可以明显改变活性层形貌,使其形成由大量圆形晶粒组成,均匀且致密的表面结构。当铈掺杂量为4%时,电极具有最平整的活性表层,其伏安电荷容量约为未掺杂铈时的6倍,加速寿命约为未掺杂铈时的1.8倍。[结论]适量掺杂铈可以提高钛基二氧化锰涂层电极的电催化活性及延长其使用寿命。