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。

难加工金属材料超低温冷却加工表面完整性研究进展

超低温冷却加工是一种在材料切削过程中采用液氮等超低温介质进行冷却的清洁加工技术。该技术被广泛应用于航空航天等领域的难加工金属材料加工,以改善这些材料常规冷却加工时冷却效能不足、加工质量较差等问题。为了阐明超低温冷却加工对难加工金属材料表面完整性的影响,本文综述了这类材料表面粗糙度、微观形貌、微观结构、显微硬度、残余应力等在不同冷却条件下变化规律分析的研究进展。结果表明,超低温冷却介质可带走大量切削热并降低刀具磨损,进而减小加工表面粗糙度、抑制表面缺陷、促进晶粒细化、提高显微硬度、增大残余压应力等。最后,对超低温冷却加工表面完整性研究进行了总结,并展望了未来需要开展的研究工作。

液氮低温冷却钻削叠层复合材料的有限元仿真分析与试验研究

为探究碳纤维与钛合金的叠层复合材料(CFRP/Ti)在干式钻削和液氮低温冷却钻削情况下对轴向力、钻削温度和工件加工质量的影响规律,基于ABAQUS有限元分析软件,结合Hashin、Puck强度理论、J-C本构、状态变量和单元删除控制,建立了硬质合金刀具在液氮冷却条件下钻削CCF300/QY8911叠层复合材料的三维仿真模型,以实现对叠层复合材料的钻削轴向力、钻削温度、钻削出口毛刺高度和复合材料拉伸损伤、分层缺陷的分析。针对钻削轴向力、钻削温度和钻削出口毛刺高度开展验证性试验,从三维仿真结果中可知,在液氮低温冷却加工的情况下,钻削CFRP/Ti的轴向力水平更高,钻削温度更低,出口的毛刺高度更低,孔边和孔壁应力集中现象减少,复合材料表面的拉伸和分层损伤减少。通过低温冷却钻削试验,验证液氮低温冷却情况下钻削轴向力、钻削温度和孔出口毛刺高度的变化情况,与仿真结果相比具有较好的一致性,对超低温冷却加工具有指导意义。

超低温加工机床的液氮冷却介质可靠传输与精准调控

超低温冷却加工是一种以钛合金、复合材料为代表的难加工材料高质高效加工方法。刀具中内喷式冷却是将液氮通过主轴和刀柄的内腔通道引导至刀尖处。与刀具外喷淋冷却相比,内喷方式对切削区域及刀具的冷却更加充分。常规机床主轴和刀柄无法实现液氮传输功能,其材料和结构更不能满足超低温隔热与动密封要求。为解决机床结构中液氮因汽化和泄漏导致相态、流量、压力等传输特征稳定性差、不可控的难题,提出基于定向导引与热阻强化的隔热方法,建立唇形密封在超低温介质下的接触应力模型,提出局限空间内的超低温动密封方法,研制保障液氮可靠传输的中空隔热主轴-刀柄;揭示热交换与两相流压降对液氮传输稳定性的影响机理,构建液氮射流状态精准调控系统。开发国内首台液氮内喷式超低温加工机床,开展液氮传输调控试验与钛合金切削试验,结果表明:主轴隔热、密封性能良好,液氮传输状态稳定且调控精准度高,超低温加工表面粗糙度较干切削降低约50%,冷却效果显著。

用于肿瘤早期诊断的深度制冷型远红外热成像技术

通过构建人体三维生物传热模型,对含肿瘤组织的体表热图表现进行评估,发现当前远红外成像设备在诊断早期或深层肿瘤时,由于精度和分辨率所限,不易得到准确的诊断结果。在此基础上,设计不同制冷水平下的概念性红外成像实验予以证实,并对应提出一种超低温双腔体冷却方法,以期改善现有红外设备冷却方式,从而提高其成像精度和准确度。本文研究对于肿瘤早期影像学诊断具有现实意义。

高温合金蜂窝芯冰固持低损伤加工技术研究

针对金属蜂窝芯存在的薄壁多孔、各向异性、面内弱刚性、径向强度小等加工难题,提出了高温合金蜂窝芯冰固持低损伤加工方法。分析了金属蜂窝芯冰固持装夹原理,验证了工艺系统的适应性和可靠性。开展了蜂窝芯冰固持超低温冷却加工的单因素试验,阐明了蜂窝芯加工缺陷形成规律。试验结果表明:在金属蜂窝芯加工中引入冰固持超低温冷却的装夹和加工方式,可降低切削热,实现加工过程中的固持约束保持,从而提高蜂窝壁抵抗变形的能力;切削参数中进给速度对加工质量影响最大,加工缺陷中撕裂毛刺占比最高,采用最优切削参数进行加工可保证低损伤、低粗糙度、无变形的良好加工质量,可实现难加工金属蜂窝芯的高质高效加工。